专利名称：通用电池充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够以不同的电压对电池充电的通用电池充电器。
背景技术：
在各种类型的电池充电器中，能够对由不同数量的单电池组成的电池即具有不同电压的电池进行充电的通用电池充电器已经变得越来越普遍。通用电池充电器可以分别对诸如由8个、10个和12个单电池串联组成的9.6V、12V和14V电池进行充电，其中，每一个单电池是1.2V。
从通用电池充电器输出的电压受到恒定电压控制，对电池充电器进行设置，以便输出对由电池充电器可以处理的最大数量的单电池组成的电池进行充电所需的电压。在对由少于最大数量的单电池组成的电池进行充电时，会产生问题。结果，当闭合开关电路时，较大的冲击电流流过电池。这样可能会对充电回路中的开关电路造成严重的损坏。
当从电池充电器卸下电池时，或者当在检测到充满电状态后暂停对电池充电时，切断开关电路，从而不允许充电电流流经电池充电回路。因为控制电池充电器的电源电路以输出与具有最大数量的单电池的电池相对应的电压，能量消耗会比所需要的要大。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，并提供一种降低了能量消耗并抑制了开始充电时的冲击电流的通用电池充电器。
为了实现上述和其他目的，提供了一种对具有不同数量的串联单电池的电池进行充电的通用电池充电器，所述充电器包括电源电路、连接在所述电源电路与所述电池之间的开关及控制装置。所述电源电路产生预定数量的不同电平的电压，以便将预定数量的电压中所选择的一个施加到所述电池上。接通所述开关，以便向电池提供预定数量的电压中选择的一个，以及切断所述开关，以便断开电源电路与电池。控制装置控制电源电路，以产生施加到电池上的电压，并且也对开关进行控制，从而当施加到电池上的电压从一个电平切换到另一电平时，冲击电流并不流经电池。
当从电池充电器卸下电池时，所述控制装置控制电源电路，以产生最低的电压，从而节省能量消耗。
在附图中图1是示出了依据本发明实施例的通用电池充电器的结构的电路图；图2(a)是示出了依据本发明的第一实施例的通用电池充电器的操作的流程图；以及图2(b)是示出了依据本发明的第二实施例的通用电池充电器的操作的流程图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述依据本发明优选实施例的通用电池充电器。图1是示出了通用电池充电器的结构的示意图。在使用中，电池充电器与AC电源1相连，并将电池2装入电池充电器中。电池2由串联起来的多个单电池组成。
所述电池充电器包括开关电路6和开关驱动电路7。将开关电路6插入在充电电流路径上，即插入在整流/平滑电路30与电池2之间。开关电路6由继电器进行配置，当向电池2提供充电电流时，继电器接通开关，当将电池2从电池充电器中卸下、或者在检测到电池2的充满电状态时停止对电池2充电的情况下，不向电池2提供充电电流时，继电器断开开关。开关驱动电路7连接在微型计算机50(稍后将详细描述)的输出端口56与开关电路6之间。开关驱动电路7包括根据来自微型计算机50的输出端口56的输出而导通和截止的晶体管。
所述电池充电器还包括电阻器3和输出电压检测电路4。电阻器3用作电流检测器，并与电池2相连，用于检测流过电池2的充电电流。将与检测到的充电电流相对应的电压提供给充电电流控制电路60。输出电压检测电路4包括电阻器4a和4b。输出电压检测电路4使用电阻器4a和4b，对来自整流/平滑电路30的输出电压进行分压，并向输出电压控制电路80输出所得到的电压。
输出电压设置电路8连接在微型计算机50与输出电压控制电路80之间。输出电压设置电路8包括以如下方式相连的电阻器8a、8b、8c和8d依据通向电阻器8c和8d的端口上输出的低或高阻抗电平(impedance level)，可以将在电阻器8b两端所产生的电压有选择地设置为四个电平之一。将来自输出电压设置电路8的电压输出作为参考电压施加到输出电压控制电路80上。输出电压控制电路80将来自整流/平滑电路30的输出电压与参考电压进行比较。利用来自输出电压设置电路8的四个不同的电平输出，可以从整流/平滑电路30中有选择地输出四种不同电平的输出电压。
充电电流设置电路9连接在微型计算机50与充电电流控制电路60之间。充电电流设置电流9包括按照与输出电压设置电路8中的电阻器8a、8b、8c和8d相似的方式相连的电阻器9a、9b、9c和9d。也就是说，依据通向电阻器9c和9d的端口上的低或高阻抗电平输出，可以将电阻器9b两端所产生的电压有选择地设置为四个电平之一。将来自充电电流设置电路9中的输出电压作为参考充电电流施加到充电电流控制电路60上。充电电流控制电路60将表示当前流过电池2的充电电流的输出电压，与表示参考充电电流的、来自充电电流设置电路9的输出电压进行比较。利用来自充电电流设置电路9的四个不同的电平输出，可以有选择地使四种不同电平的充电电流流入电池2。
电池充电器还包括光耦合器5，将来自整流/平滑电路30的输出电压和充电电流信号反馈给PWM控制IC 23。
电池充电器还包括整流/平滑电路10和切换电路20。整流/平滑电路10设置在高频变压器21的第一线圈侧，并包括全波整流器11和平滑电容器12。切换电路20包括高频变压器21、MOSFET 22、SW控制IC 23、SW控制IC 23的恒压电路24、以及启动电阻器25。高频变压器21包括第一线圈21a、第二线圈21b、第三线圈21c、以及第四线圈21d。将直流输入电压施加在第一线圈21a上。第二线圈21b是SW控制IC 23的输出线圈。第三线圈21c是对电池2进行充电的输出线圈。第四线圈21d是向微型计算机50、充电电流控制电路60等提供电能的电源的输出线圈。
第二线圈21b和第四线圈21d配置有与第一线圈21a相同的极性，而第三线圈21c具有相反的极性。SW控制IC 23是通过改变施加到MOSFET 22上的驱动脉冲宽度来调整输出电压的开关电源IC。恒压电路24包括二极管24a、三端调节器24b以及电容器24c和24d。恒压电路24将从第二线圈21b输出的电压转换为恒定电压。
整流/平滑电路30设置在高频变压器21的第三线圈21c中，并包括二极管31、平滑电容器32和电阻器33。电池充电器还包括电池电压检测电路40，所述电池电压检测电路40包括用于对电池2的接线端之间的电压进行分压的电阻器41和42。将分压后的电压通过A/D转换器55输入到微型计算机50。微型计算机50包括CPU 51、ROM 52、RAM 53、计时器54、A/D转换器55、输出端口56、以及重置输入端口57。
CPU 51以预定的间隔对输入到A/D转换器55的信号进行采样，并将当前电池电压与在当前抽样之前的几个抽样时刻检测到的电池电压进行比较。依据这些比较，CPU 51确定电池2是否已经达到了充满电状态。RAM 53存储最近一次采用的电池电压和预定数量的较早采样的电池电压的电池电压。
充电电流控制电路60包括运算放大器61和62、电阻器63-67和二极管68。将充电电流检测电阻器3检测到的充电电流提供给运算放大器61，运算放大器61对与该充电电流相对应的电压进行反向放大。运算放大器62对运算放大器61的输出电压与充电电流设置电路9所设置的充电电流设置参考电压之间的差进行放大，并将该差值通过光耦合器5反馈给SW控制IC 23。
SW控制IC 23使晶体管22导通和截止，以便将充电电流保持为恒定电流。具体地，产生并施加到高频变压器21上的脉冲在充电电流较大时较窄的脉冲宽度以及充电电流较小时较宽的脉冲宽度之间变化。在提供给电池2之前，由整流/平滑电路30将该脉冲平滑为直流电流。因此，电流检测电阻器3、充电电流控制电路60、光耦合器5、切换电路20、以及整流/平滑电路30用于使电池2的充电电流保持在由微型计算机50所设置的电流值上。
电池充电器还包括恒压电路70，恒压电路70具有二极管71、电容器72和73、三端调节器74、以及重置IC 75。恒压电路70输出用于向微型计算机50、充电电流控制电路60等提供电能的电压。重置IC 75向重置输入端口57输出重置信号，以便将微型计算机50重置为初始化状态。
电池充电器还包括输出电压控制电路80，该输出电压控制电路80具有运算放大器81、电阻器82-85和二极管86。运算放大器81对来自输出电压检测电路4的电压与来自输出电压设置电路8的电压之间的差进行放大，并将该差值通过光耦合器5反馈给SW控制IC 23，借此对二次整流/平滑电路30的输出电压进行控制。
接下来，将参考图1中的示意图、以及图2A和2B中流程图，对用于控制通用电池充电器的方法进行描述。图2A和2B中的流程图分别示出了依据本发明的第一和第二实施例，由通用电池充电器实现的输出电压控制方法。
如图2A所示，依据本发明的第一实施例，微型计算机50首先依据从电池电压检测电路40施加到微型计算机50的电压，检查电池2是否已装入电池充电器或者与电池充电器相连(S1)。电池充电器处于待机状态，直到与电池2相连。
如先前所述，输出电压设置电路8依据外加到电阻器8c和8d上的端口输出，向输出电压控制电路80输出四个不同电平的电压中所选中的一个。为了简明，从输出端口56施加到电阻器8c和8d的输出此后将分别被称为“第一端口输出”和“第二端口输出”。应该注意到，第一和第二端口输出中的每一个或者为低电平或者为高电平，所以依据第一和第二端口输出，在电阻器8b的两端产生四个不同电平的电压之一。这样，整流/平滑电路30能够向电池2输出四个输出电压中所选中的一个。
例如，当电池充电器处于未连接电池的待机状态时(S1否)，则将第一和第二端口输出都设置为低电平，从而使整流/平滑电路30输出最低电平的电压。这样能够降低待机能量消耗。
当电池2与电池充电器相连时(S1是)，则微型计算机50依据来自电池电压检测电路40的输出，检测电池电压(S2)，并且依据这样检测到的电池电压，确定第一和第二端口输出的电平(S3)。例如，微型计算机50将第一和第二端口输出的电平分别确定为低和高，从而使来自整流/平滑电路30的输出电压处于可能的四个电压中的第二低的电压。微型计算机50将第一和第二端口输出的电平分别确定为高和低，从而使来自整流/平滑电路30的输出电压处于第三低的电压。微型计算机50将第一和第二端口输出的电平都确定为高，从而使来自整流/平滑电路30的输出电压是可能的四个电压中最高的电压。当检测到的电池电压低于如12V或更低等预定的电压时，微型计算机50控制第一和第二端口输出，从而整流/平滑电路30输出如13V等第二低的电压。当检测到的电池电压高于预定的电压时，微型计算机50控制第一和第二端口输出，从而整流/平滑电路30输出第二高的电压。
通常，在电池2连接之前，将第一和第二端口输出都设置为低，从而整流/平滑电路30输出最低电压。当电池2连接并由电池温度传感器(未示出)检测到已连接的电池正处于高于预定数值的高温时，并不立即对电池2进行充电，而是延迟到电池温度下降到预定数值以下。为此目的，使用冷却风扇(未示出)来降低电池2的温度。需要增加来自整流/平滑电路30的输出电压，向冷却风扇驱动电动机(未示出)供电。与此同时，将第一和第二端口输出设置为高，从而整流/平滑电路30的输出如40V等最高电压。当电池2冷却并处于准备进行充电的状态之后，执行以下程序。当在电池2冷却之后，如上述实例，检测到的电池电压是12V时，将第一和第二端口输出分别切换为高和低，从而整流/平滑电路30的输出降低到13V。当整流/平滑电路30的输出电压从40V降低到13V时，存储在整流/平滑电路30中的电容器32中的电荷通过电阻器33以预定的时间常数进行放电。因此，微型计算机50在切换第一和第二端口输出(在上述实例中，只将第二端口输出从高切换到低)之后，检查是否已经经过了预定的时间段，以便等待放电的结束(S4A)。
当已经经过了预定的时间段(S4A是)，并且来自整流/平滑电路30的输出已经降低到13V时，微型计算机50从输出端口56向开关驱动电路7输出信号，以导通电路7中的晶体管，从而使开关电路6中的继电器触点闭合(S5)。
然后，将分别外加到电阻器8a和8b上的第一和第二端口输出都切换为高(S6)，从而将整流/平滑电路30的输出电压增加到可充电电压，例如，从13V增加到40V。开关电路6的继电器的闭合相对于信号施加到开关驱动电路7稍微延迟。为了消除延迟，相对于信号施加到开关驱动电路7的时刻，将信号施加到输出电压设置电路8的时刻进行延迟。这抑制了当闭合继电器时所产生的冲击电流，并且防止对开关电路6造成损坏。
例如，当电池2已经充满电时，切断开关电路6。在这种情况下，微型计算机50将整流/平滑电路30的输出电压从最高的电平切换到最低的电平，以使电池充电器处于待机状态。在整流/平滑电路30的输出电压降低到最低电平的时间段内，对恒压电路70进行控制，以使第四线圈21d不向其提供电能。选择组成恒压电路70的电容器72和73的电容值，以能够在该时间段内连续地向微型计算机50提供电能。
图2B的流程图与图2A的流程图的不同之处仅仅在于S4A和S4B中所描述的处理。当在S3中确定第一和第二端口输出时，确定整流/平滑电路30的输出电压Vout是否已经下降到接近于电池电压(Vin)的电平。例如，当整流/平滑电路30的输出电压Vout与电池电压Vin之间的差小于等于5V时(S4B是)，接通开关电路6。应该注意到，为了将电压Vout与电池电压Vin进行比较，要求电压Vout是数字值。为了以数字信号的形式提供电压Vout，需要修改图1所示的电路图，以添加将整流/平滑电路30输出的电压Vout通过电阻电路提供给A/D转换器55的结构，其中所述电阻电路具有与包括电阻器41和42在内的电压检测电路40相似的结构。
如上所述，依据本发明的通用电池充电器能够确保在待机状态期间具有较低的能量消耗，并能够抑制开始充电时流向电池的冲击电流。
权利要求
1.一种对具有不同数量的串联单电池的电池进行充电的通用电池充电器，包括电源电路，产生预定数量的不同电平的电压，以便将预定数量的电压中所选中的一个施加到电池上，所述预定数量的电压包括最高电压和最低电压；开关，连接在电源电路与电池之间，并且接通开关，以允许向电池提供预定数量的电压中所选中的一个，以及切断开关，以允许电源电路与电池断开；以及控制装置，控制电源电路，以产生施加到电池上的电压，并且还对开关进行控制，从而当施加到电池的电压从一个电平切换到另一电平时，使冲击电流不会流过电池。
2.根据权利要求1所述的通用电池充电器，其特征在于还包括电池电压检测电路，用于检测电池两端的电压，其中，控制装置控制所述电源电路，以产生等于或者接近于由电池电压检测电路所检测到的电压的电压，并且还控制开关，以使其接通。
3.根据权利要求2所述的通用电池充电器，其特征在于控制装置控制开关，以便在从电源电路产生等于或者接近于电池电压检测电路所检测到的电压的所述电压的时刻开始、经过了预定的时间段之后，接通开关。
4.根据权利要求3所述的通用电池充电器，其特征在于接近于电池电压检测电路检测到的电压的所述电压是在预定数量的电压中、大于并且最接近于电池电压检测电路所检测到的电压的电压。
5.根据权利要求3所述的通用电池充电器，其特征在于控制装置还控制电源电路，在接通所述开关之后，产生所述最高电压。
6.根据权利要求2所述的通用电池充电器，其特征在于还包括电池连接检测装置，用于检测已连接电池以对其进行充电，其中当电池连接检测装置检测到电池已连接时，电池电压检测电路检测电池两端的电压，并且所述控制装置控制电源电路，以产生等于或者接近于电池电压检测电路所检测到的电压的所述电压，然后控制所述开关，以使其接通。
7.根据权利要求6所述的通用电池充电器，其特征在于当电池连接检测装置检测到未连接电池时，所述控制装置控制电源电路，以产生最低电压。
8.根据权利要求2所述的通用电池充电器，其特征在于当电池电压检测电路所检测到的电压与电源电路所产生的电压之间的差落在预定范围之内时，所述控制装置控制所述开关，以使其接通。
9.根据权利要求8所述的通用电池充电器，其特征在于接近于电池电压检测电路所检测到的电压的所述电压是在预定数量的电压中、大于并且最接近于电池电压检测电路所检测到的电压的电压。
10.根据权利要求9所述的通用电池充电器，其特征在于所述控制装置还控制电源电路，在接通所述开关之后，产生所述最高电压。
全文摘要
为了提供在待机状态具有较小的能量消耗以及在充电开始时的冲击电流抑制能力的通用电池充电器，产生稍大于电池电压的电压，并且将该电压施加到电池上。然后，产生最高电压，并且将该电压施加到电池上，对电池进行充电。当从电池充电器上卸下电池时，产生最低电压，以节省能量消耗。
文档编号H02J9/00GK1505236SQ20031011951
公开日2004年6月16日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年11月29日
发明者高野信宏, 彦, 船桥一彦 申请人:日立工机株式会社