专利名称：一种高效率保护型充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对可充电电池进行充电的装置，适用于对镍氢电池和镍镉电池进行充电。
由于氢化物电池具有容量较高(一节5号电池容量为800～1200mAh)，允许大电流充电的特点，为此，人们考虑用大电流对镍氢电池进行充电，现有技术中采用较先进的脉冲方式来实现快速充电，通过放电来消除极化，例如中国专利申请CN2080256U公开了一种“家用快速充电器”，该充电器的电池均采用串联连接，由于镍氢电池性能的不一致性，就会出现某些电池过充或不足现象而损坏电池；此外镍氢电池价格较高，对电池进行保护是很重要的，当用较大电流充电到大约总容量的75％以上时，如果继续使用较大电流充电，极化程度会迅速增大，电池对电流的接受能力也迅速降低，造成电能转化成化学能的效率降低，这时电池内部聚集过量的气体，电池电压迅速增大，严重时会发生放炮现象，损伤电池。
本实用新型的目的是得到一种充电器，可对电池采用不同电流进行分段式充电以提高电能转变成化学能的转换效率；电池采用并联连接，对每支电池进行监测，确保电池充足而且不过充损伤。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的该充电器是由直流电源电路、脉冲发生器、充电回路、放电回路和监测回路组成，由直流电源电路给充电器提供直流电源，脉冲发生器产生周期方波对充、放电回路进行控制，对电池进行周期性充、放电；该充电器中脉冲发生器的出端还接有时间控制器，分别控制可控开关K1、K2，当充电时间达到设定值时分别转入中电流和涓流充电；直流电源电路的出端还接有稳压电路，为监测回路提供稳定的基准电压，当电池电压大于、等于基准电压时，即将大电流充电转入涓流充电；充电电池采用并联形式分别进行充、放电和电压监测。
充电回路由大／中电流充电和涓流充电两条电路并联组成。
直流电源电路的出端接有稳压电路与基准相接。
可控开关K2的控制端接有一拨动开关K。
监测回路中比较器Ic8的负输入端接有可控开关和电容充电电路以控制延长一段时间再采集电池电压。
上述可控开关采用集成芯片的无触点开关。
以下结合附图对本实用新型进一步详述。
图1为该充电器的电路框图。
图2为该充电器充、放电时电流的波形图。
图3为本实用新型实施例的电路图。
图4为本实用新型与现有技术对比的充、放电效果对比图。
该充电器由下面几部分组成，参见图1、3直流电源电路由变压器B、整流桥QL、电容C1组成，该电路将交流信号通过整流、电容滤波后、转变成直流信号，为整个充电器提供直流电源。
同时，直流电源由Ic9、C4组成的稳压电路，防止电网波动和干扰带来的比较器Ic7、Ic8误动。
可控开关K1、K2为四双向开关Ic4、Ic5。
时间控制器由复位开关AN、电阻R3、反相器Ic3－1，2和脉冲进位计数器Ic2组成，当到达第一个时间设定值时，可控开关K2断开，由大电流充电转入中电流充电，到达第二个设定值时，断开可控开关K1，充电电流由中电流转入涓流。
脉冲发生器由Ic1、电阻R1、R2、开关二极管D1、电容C2组成，产生的脉冲信号对充、放电回路进行控制，高电平时电池充电，低电平时使电池放电。
充电回路由大／中电流充电和涓流充电两部分组成，大／中电流充电电路包括三极管T1，电阻R5、R6，T1导通时用大／中电流充电，T1截止时，电流通过电阻R7进行涓流充电。
放电回路由三极管T2、电阻R8、R9，比较器Ic7组成，比较器Ic7输出高电平时，三极管T2导通，电池放电。
监测回路由比较器Ic7、Ic8、开关二极管D4、反相器Ic3、电容C3、电阻R11、可控开关Ic6组成，当电池电压达到基准2的电压时，比较器Ic8输出低电平，使可控开关Ic4断开，转入涓流充电，同时，也使Ic3－3输出高电平，开关Ic6合上，保证涓流充电时不会转为中电流充电，Ic7的出端经D4控制开关Ic6，电池电压经电阻R11、电容C3后，确保Ic8的负输入端在电池放电一段时间后再采集电池电压。
与现有技术相比，本实用新型的充电器是以脉冲＋阶梯式的充电(如图2示)对电池进行充电，即当用大电流电池充电达到大约总容量的75％时，将充电电流减少一半，使电池的极化程度得到缓解，提高充电深度，使整个充电过程一直保护较高效率的电能向化学能转换。
图4给出该充电方式与现有技术对比的效果。图4为对一节容量为900mA·h镍氢电池的充放电曲线，曲线Ⅰ是现有技术中I充＝0.5A，I放＝0.2A的脉冲方式的充电曲线，电池的总容量为750mA·h；曲线Ⅱ为本实用新型以I充＝0.5A充电65分钟后，又以I充＝0.25A充电105分钟后，电池容量达到980mA·h；曲线Ⅲ是以曲线Ⅱ的形式给电池充电后，以I放＝0.25A放电曲线，放电容量达到了900mA·h。
本实用新型的充电电池采用并联联接，对每支电池的电压进行监测，当电池电压达到设定值时，就立即切断大电流充电，转入涓流充电，确保电池不过充，延长电池的使用寿命。
同时本实用新型是以控制充电时间和充电电池电压的双重保护来实现对电池的保护，由于电池一致性不好，有些电池只能充到1.4V，因此达到一定时间后就必须取下来。
本实用新型采用在放电周期延迟一定时间后采集电池电压与设定值比较，因为电池在充电时测得的电压比放电一段时间后测得的电压波动大。
在电路中，选用集成芯片的无触点开关来实现自动控制，使充电器的使用寿命延长。
下面介绍本实用新型的一个实施例。
该实施例的主要技术指标为以充电脉冲宽度40秒，放电脉冲宽度5秒的脉动电流，对1～4节5号镍氢电池进行脉冲和阶梯的方式充电，输入电压220V，充电电流分别为0.5A，0.25A，0.05A，放电电流为0.2A。
复位开关AN、R3、反相器Ic3－1，2(4069)和脉冲进位计数器Ic2(4020)组成定时器，按一下AN清零后，定时器开始工作，设定的时间分别为1.6小时和3.2时。若充电电池的容量大于或等于800mA·h时，将拨动开关K合上，电池E经约1.6小时0.5A的电流充电后，Ic2的13脚输出高电平，经反相器Ic3－2后变为低电平，使Ic5断开，这时充电器就以0.25A的电流对电池E进行充电。若电池容量小于800mA·h，将拨动开关K断开，就使可控开关Ic5断开，这时充电器就以0.25A的中电流对电池E充电，当充电时间达到3.2小时后，Ic2的12脚输出高电平，使Ic4断开，充电电流通过电阻R7(150Ω)变为0.05A的涓流充电。
Ic1(NE555)、电阻R1、R2，开关二极管D1、电容C2组成脉冲发生器，由它产生的周期方波对充电器充、放电回路进行控制。按下复位开关AN后，当开关K合上时，Ic2的13、12脚输出的低电平经反相器Ic3－1，2后变成高电平，使四双向开关Ic4、Ic5(4066)合上。当Ic1的3脚输出高电平时，三极管T1导通，由直流电压源经过R6、T1以恒流0.5A对电池E充电约40秒。当Ic1的3脚输出低电平时，T1截止，使比较器Ic7(LM324)输出高电平，三极管T2导通，电池E经电阻R8、三极管T2放电约5秒，使发光二极管LED1亮约5秒(红色)。Ic5输出的高电平经开关二极管D4使四双向开关Ic6(4066)合上，电池电压经电阻R11给电容C3充电，比较器Ic8的负输入端采集到电容C3经过5秒充电后的电压，与基准2的电压(约1.43V)进行比较，当电压低于基准电压(1.43V)时，Ic8输出高电平经D2后使开关Ic4仍然合上，而当Ic8负输入端电压高于基准2的电压时，Ic8输出低电平，Ic4断开，T1截止，这时电池电压经D3输入给比较器Ic7的负端(v>0.8V)，并与基准1电压(0.7v)比较，使Ic7输出低电平，T2截止。比较器Ic8输出的低电平也经反相器Ic3使Ic6合上，以确保Ic8一直输出低电平，不再翻转为高电平，电源经涓流电阻R7，使充电器进入涓流(<0.05A)的充电状态，Ic8输出的低电平同时也使发光二极管LED2亮(绿色)，表示电池已充满可以使用了。
本实用新型的使用方法为首先看一下所需充电的电池容量，若≥800mA·h，将开关K合上，若电池容量<800mA·h(如镍镉电池)，将开关K断开，然后将电池(1～4节)放入电池合中，将充电器的电源插上220V的电源，按一下复位开关AN，这时红色发光二极管闪动(频率为40秒灭，5秒亮)表示进入了充电状态，经约3.2小时后，电池充好，红色二极管不再闪动，绿色发光二极管亮，若不急用，再经涓流充电20～30分钟后，使电池完全充满，达到100％，由于电池有自放电现象，而且涓流充电对电池无损害，所以也可以随用随取。
权利要求1.一种高效率保护型充电器(以下简称“充电器”)，是由直流电源电路、脉冲发生器、充电回路、放电回路和监测回路组成，由直流电源电路给充电器提供直流电源，脉冲发生器产生周期方波对充、放电回路进行控制，对电池进行周期性充、放电，其特征是该充电器还包括脉冲发生器的出端接有时间控制器，分别控制可控开关K1、K2，当充电时间达到设定值时分别转入中电流和涓流充电，该充电器的直流电源电路的出端还接有稳压电路为监测回路提供稳定的基准电压，当电池电压大于、等于基准电压时，即将大电流充电转入涓流充电；该充电器的电池采用并联形式分别进行充、放电和电压监测。
2.根据权利要求1所述的充电器，其特征是所述的充电回路由大／中电流充电和涓流充电两条电路并联组成。
3.根据权利要求1所述的充电器，其特征是可控开关K2的控制端接有一拨动开关K。
4.根据权利要求1所述的充电器，其特征是监测回路中比较器Ic8的负输入端接有可控开关和电容充电电路控制延长一段时间再采集电池电压。
5.根据权利要求1～5所述的充电器，其特征是，所述的可控开关采用集成芯片的无触点开关。
专利摘要本实用新型涉及一种采用脉冲方式给电池充电的装置，适用于镍氢电池和镍镉电池，由直流电源电路、脉冲发生器、时间控制器、充放电回路、监测回路组成，采用阶梯式的脉冲充电电流，电池保护为充电电池电压监测和充电时间控制两重保护，当达到一定电压或时间时即转入涓流充电，充电电池采用并联形式对每支电池分别进行充电和电压监测，这样可保证较高的电能→化学能的转换效率，实现快速充电并可保护电池不会过充而受损。
文档编号H02J7/10GK2198706SQ9422006
公开日1995年5月24日 申请日期1994年9月6日 优先权日1994年9月6日
发明者蔡蕾, 吕包苓 申请人:冶金工业部钢铁研究总院