专利名称：一种镍氢镍镉电池的智能充电器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种针对镍氢镍镉电池的智能充电方案，尤其涉及一种具体的镍氢镍镉电池充电装置及其控制实现方法，属于电子设备控制领域。
背景技术：
目前充电电池已广泛应用于各种仪器、仪表等手持设备中，镍氢镍镉电池由于价格低、通用性强、电流大等特性一直没有被锂电池所取代，但是在充电设备上，由于镍氢镍镉电池内部没有锂电池内部的控制芯片，对外部充电器的设计要求要复杂很多。目前市面上已有比较成熟的镍氢镍镉电池智能充电器的设计方案，多数采取的是利用单片机作为控制芯片，充电过程中根据采样的AD值进行判断，从而决定充电方式。这种所谓的智能充电器对于多个单节并联情况下或者对于固定节数电池串联情况下是可行的，但是对于不固定节数电池串联的设备就行不通了。举例来说，一种设备有4种型号，供电所对应电池串联节数分别为2节、3节、4节、5节，需要一款通用性较高的充电设备，能够自判断镍氢镍镉电池节数，且能够保证充电的稳定性。在这方面要求上，现有技术的充电设备是很难做到的。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种镍氢镍镉电池的智能充电器及其控制方法，解决智能充电器对镍氢镍镉电池不同充电配置的自适应、稳定充电问题。本发明的上述第一个目的，将通过以下技术方案得以实现一种镍氢镍镉电池的智能充电器，包括开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路，所述开关电源电路输出连接DC-DC电源电路，同时通过对应于单片机工作电压的稳压电路输出连接单片机，其特征在于所述DC-DC电源电路通过单片机的AD采样电路输出用于向电池组充电的两极接口，且AD采样电路为单片机用于反馈电池组电压电流信息的自带单元，所述单片机的PWM 输出端连至所述DC-DC电源电路。进一步地，其中单片机包括电池检测模块，用于检测智能充电器是否装配电池组；电池类型及数量检测模块，用于检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制模块，用于根据AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，切换恒流、恒压、涓流的充电模式；充电时间控制模块，用于设定充电时间阀值并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。更进一步地，所述电池组中的复数节电池相串联，且电池组的两极与所述两极接口相连。进一步地，所述AD采样电路与两极接口之间设有用于防止电池组电流倒灌的二极管。进一步地，所述智能充电器设有正常充电指示灯和/或故障报警指示灯。本发明的上述第二个目的，将通过以下技术方案得以实现一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，通过开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路构成的智能充电器实现，其特征在于通过单片机的AD采样电路实时反馈电池组的充电状态，并由单片机根据 AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，通过改变PWM输出端输出波形的占空比，顺序切换充电器的恒流、恒压、涓流的充电模式。包括步骤初始化步骤，单片机I/O接口、AD采样电路、PWM输出端初始化；电池检测步骤，单片机通过AD采样电路检测智能充电器是否装配电池组；电池类型及数量检测步骤，单片机通过AD采样电路检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制步骤，用于根据AD采样电路1 Ω电阻两端的电压差以反馈电池组电压电流信息，当单片机在判断串联电池的数量时，如果1 Ω电阻两端电压差小于设定值，控制PWM输出端输出波形的占空比进行恒流模式充电，当电池电压充到接近标称电压时则控制PWM输出端输出波形的占空比改为恒压模式充电，当电池电压达到充满电压设定值时，为了弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失，控制PWM输出端输出波形的占空比进行涓流模式充电；充电时间控制步骤，预设定充电时间阀值，并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。进一步地，在AD采样电路与两极接口之间设置二极管，当电池组异常时截断倒灌的电流。进一步地，所述智能充电器设有正常充电指示灯和故障报警指示灯，电池类型及数量检测步骤中，当检测到所装配的电池为不可充电池时，单片机接通故障报警指示灯报警；当智能充电器正常充电时，单片机接通正常充电指示灯指示状态。进一步地，所述电池类型及数量检测步骤中，仅当所安装的电池全部为可充电的电池组后，再判断电池组中所含电池的数量，当所安装的电池为部分可充电的电池组，则电池类型判断结构为非可充电池，单片机控制关断PWM输出、中断检测过流。本发明的技术方案较之于现有技术在实施应用后，体现了较为显著的优点一方面能对不同节数配置的电池组进行自适应充电，另一方面能对电池是否为可充电的属性进行检测识别；针对镍氢镍镉电池充电通用型的要求，本发明的智能充电器及其控制方法具有系统运行安全、稳定的特点。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
图1是本发明智能充电器的模块结构示意图。图2是本发明智能充电器的电路示意图。图3是本发明智能充电方法的流程示意图。
具体实施例方式基于背景技术中所介绍的传统针对镍氢镍镉电池充电器在稳定性和自适应性不足的缺陷，本发明提出了一种镍氢镍镉电池的智能充电器及其控制方法，有效。如图1和图2所示，从智能充电器的硬件结构来看该种镍氢镍镉电池的智能充电器，包括开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路。该开关电源电路较为简单，直接采用专用的开关电源芯片产生一个IOV的直流电压作为SFR9034 MOS管的驱动电压。另外， 一般单片机都是5V的工作电压，故此处单片机STC12C5204AD的5V供电也是通过这个IOV 的直流电压由5V稳压电路78L05产生的。作为该智能充电器的创新结构该DC-DC电源电路通过单片机的AD采样电路输出用于向电池组充电的两极接口，且AD采样电路为单片机用于反馈电池组电压电流信息的自带单元，该单片机的PWM输出端连至该DC-DC电源电路。上述技术方案进一步细化为其中单片机包括电池检测模块，用于检测智能充电器是否装配电池组；电池类型及数量检测模块，用于检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制模块，用于根据AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，切换恒流、恒压、涓流的充电模式；充电时间控制模块，用于设定充电时间阀值并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。而且，上述电池组中的复数节电池相串联，且电池组的两极与所述两极接口相连， 电池组可能同时并联负载，以便在脉冲压电的间歇向负载放电，用来消除镍氢镍镉电池记忆效应，达到更好的充电效果。此外，该智能充电器中AD采样电路与两极接口之间设有用于防止电池组电流倒灌的二极管。还设有正常充电指示灯和/或故障报警指示灯，用于指示智能充电器的工作状态。从一种镍氢镍镉电池的智能充电方法来看通过开关电源电路和单片机控制的 DC-DC电源电路构成的智能充电器实现，其创新特点体现在通过单片机的AD采样电路实时反馈电池组的充电状态，并由单片机根据AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，通过改变PWM输出端输出波形的占空比，顺序切换充电器的恒流、恒压、涓流的充电模式。结合图2和图3所示的充电方法流程示意图可见，其步骤包括初始化步骤，单片机I/O接口、AD采样电路、PWM输出端初始化；电池检测步骤，单片机通过AD采样电路检测智能充电器是否装配电池组；电池类型及数量检测步骤，单片机通过AD采样电路检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制步骤，根据AD采样电路1 Ω电阻(图2中R13)两端的电压差以反馈电池组电压电流信息，当单片机在判断串联电池的数量时，如果1 Ω电阻两端电压差小于设定值，控制PWM输出端输出波形的占空比进行恒流模式充电，当电池电压充到接近标称电压时则控制PWM输出端输出波形的占空比改为恒压模式充电，当电池电压达到充满电压设定值时，为了弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失，控制PWM输出端输出波形的占空比进行涓流模式充电； 充电时间控制步骤，预设定充电时间阀值，并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。具体来看当智能充电器插入待充电的电池时，单片机的AD3先采样电池两端的电压，将得到的电压值作为参考值U，打开单片机的PWM脚，调节脉冲占空比使得AD2的电压值稳定在U+ Δ U，考虑到二极管D2的压降差(约为0. 3V)，选取Δ U=O. 8V，实际上给电池两端电压提高0. 5V电压进行充电。简而言之，AD2与AD3组合检测是为了加Δ U，而AD2与 ADl组合检测是为了监控电流，可以做恒流充电同时也可以做过流保护。仪器内部的电池组是向仪器直接供电的，充电时接负载充电，整个过程采用脉冲充电方式，间隙期正好让电池对负载放电，用来消除镍氢镍镉电池记忆效应，达到更好的充电效果。上述电池类型及数量检测步骤中，仅当所安装的电池全部为可充电的电池组后， 再判断电池组中所含电池的数量，当所安装的电池为部分可充电的电池组，则电池类型判断结构为非可充电池，单片机控制关断PWM输出、中断检测过流。当确定了电池充电的节数后，根据电池充电电压特性，设计时将充电过程分为3 个阶段，每个阶段采取不同的控制方式。第一阶段电池内的电量较空，为了节省时间，应采用恒定的大电流充电；第二阶段为充电电池的敏感阶段，为防止充电过多会损坏电池，应采用恒压充电；第三阶段电池已充电满，为了防止电池自行放电。应进行涓流充电。充电过程中为了安全起见，设定充电时间不能超过10小时，还要不停地检测是否出现过流。另外当检测到中途电池被取的时候，单片机需要重新开始程序。为进一步提高安全、稳定性能，在AD采样电路与两极接口之间设置二极管，当电池组异常时截断倒灌的电流。同时智能充电器还设有正常充电指示灯和故障报警指示灯， 电池类型及数量检测步骤中，当检测到所装配的电池为不可充电池时，单片机接通故障报警指示灯报警；当智能充电器正常充电时，单片机接通正常充电指示灯指示状态。本发明的技术方案较之于现有技术在实施应用后，体现了较为显著的优点一方面能对不同节数配置的电池组进行自适应充电，另一方面能对电池是否为可充电的属性进行检测识别；针对镍氢镍镉电池充电通用型的要求，本发明的智能充电器及其控制方法具有系统运行安全、稳定的特点。
权利要求
1.一种镍氢镍镉电池的智能充电器，包括开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路，所述开关电源电路输出连接DC-DC电源电路，同时通过对应于单片机工作电压的稳压电路输出连接单片机，其特征在于所述DC-DC电源电路通过单片机的AD采样电路输出用于向电池组充电的两极接口，且AD采样电路为单片机用于反馈电池组电压电流信息的自带单元，所述单片机的PWM输出端连至所述DC-DC电源电路。
2.根据权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电器，其特征在于所述单片机包括电池检测模块，用于检测智能充电器是否装配电池组；电池类型及数量检测模块，用于检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制模块，用于根据AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，切换恒流、恒压、涓流的充电模式；充电时间控制模块，用于设定充电时间阀值并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。
3.根据权利要求1或2所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电器，其特征在于所述电池组中的复数节电池相串联，且电池组的两极与所述两极接口相连。
4.根据权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电器，其特征在于所述AD采样电路与两极接口之间设有用于防止电池组电流倒灌的二极管。
5.根据权利要求1所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电器，其特征在于所述智能充电器设有正常充电指示灯和/或故障报警指示灯。
6.一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，通过开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路构成的智能充电器实现，其特征在于通过单片机的AD采样电路实时反馈电池组的充电状态，并由单片机根据AD采样电路反馈的电池组电压电流信息，通过改变PWM输出端输出波形的占空比，顺序切换充电器的恒流、恒压、涓流的充电模式。
7.根据权利要求6所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，基于开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路实现，其特征在于包括步骤初始化步骤，单片机I/O接口、AD采样电路、PWM输出端初始化； 电池检测步骤，单片机通过AD采样电路检测智能充电器是否装配电池组； 电池类型及数量检测步骤，单片机通过AD采样电路检测所装配的电池是否为可充电的电池组，并判断电池组中所含电池的数量；充电模式控制步骤，用于根据AD采样电路反馈电池组电压电流信息，当单片机在判断串联电池的数量后，如果采样的电压差小于设定值，则控制PWM输出端输出波形的占空比进行恒流模式充电，当电池电压充到标称电压时，则控制PWM输出端输出波形的占空比改为恒压模式充电，当电池电压达到充满电压设定值时，则控制PWM输出端输出波形的占空比进行涓流模式充电；充电时间控制步骤，预设定充电时间阀值，并在超出充电时间阀值时终断充电器工作。
8.根据权利要求6所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，其特征在于在AD采样电路与两极接口之间设置二极管，当电池组异常时截断倒灌的电流。
9 根据权利要求6所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，其特征在于所述智能充电器设有正常充电指示灯和故障报警指示灯，电池类型及数量检测步骤中，当检测到所装配的电池为不可充电池时，单片机接通故障报警指示灯报警；当智能充电器正常充电时， 单片机接通正常充电指示灯指示状态。
10.根据权利要求6所述的一种镍氢镍镉电池的智能充电方法，其特征在于所述电池类型及数量检测步骤中，仅当所安装的电池全部为可充电的电池组后，再判断电池组中所含电池的数量，当所安装的电池为部分可充电的电池组，则电池类型判断结构为非可充电池，单片机控制关断PWM输出、中断检测过流。
全文摘要
本发明揭示了一种镍氢镍镉电池的智能充电器，包括开关电源电路和单片机控制的DC-DC电源电路，特点为该DC-DC电源电路通过单片机的AD采样电路输出用于向电池组充电的两极接口，且AD采样电路为单片机用于反馈电池组电压电流信息的自带单元，该单片机的PWM输出端连至所述DC-DC电源电路。通过单片机自带AD采样电路的反馈性能，实时检测电池装配与否、所装配电池的类型及数量，从而使得单片机输出合理的PWM波形，调制充电器在电池的不同状态下切换恒流、恒压或涓流充电模式。本发明技术方案的实施应用，针对镍氢镍镉电池充电通用型的要求，具有系统运行安全、稳定的特点。
文档编号H01M10/44GK102570558SQ201210081068
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者周步新, 居敏花, 程磊, 蔡成炜 申请人:苏州工业职业技术学院