专利名称：二次电池通用脉宽调制充电控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子充电装置，尤其涉及二次电池通用脉宽调制充电控制器。
背景技术：
现有技术中有以下几种充电控制1、电池电压过充出现电压下降时进行控制(即“-ΔV”控制)，2、电池过充出现温升时进行控制，3、恒压控制，4、定时控制等。“1”、“2”项均以恒流充电至过充出现控制点突变为涓流。“3”项以较高的直流电压强迫电流由大到小缓慢过充，同时不适应电池电动势的不统一特性，造成电池的过充或欠充。“4”项则是无论电池剩余容量多少，均给予相同的电量充电，必定造成电池的过充或欠充，而欠充则影响电池深度化学反应，从而影响电池固有寿命，同时不能发挥电池应有的容量效能。总之，以上几种充电控制技术及其相应的控制装置，都要待电池过充后才进行控制。值得注意的是电池过充必定有温升！这种温升现象既会严重影响电池的固有寿命，又会减少电池的容量！由于上述原因的存在，目前使用的二次电池基本未达到生产厂家设计的固有寿命而提前报废。并且现有充电控制器对铅酸、镍氢等二次电池充电不准通用。
实用新型内容本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种二次电池通用脉宽调制充电控制器，依据电池剩余电量和电池固有电动势相结合，自动调制充电电流脉冲宽度(电池剩余容量越多或电池固有电动势越高、自动调制充电脉冲电流宽度越窄，平均显示充电电流越小，反之自动调制脉冲电流越宽，平均显示充电电流越大)，最终使电池容量充足，充电电流脉宽自动调制为零，并以小电流(涓流)维持电池充足后电压不变的充电控制器。充电电流从开始至结束，脉冲宽度逐渐变窄，平均充电电流显示由大逐渐变小至涓流，区别于传统的恒流充电和恒压充电。从而有效地避免了电池的过充和欠充，同时达到了铅酸、镍氢等二次电池通用本充电控制器进行充电的目的。本实用新型所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，由脉宽调制电路和可控制恒流源充电执行电路两部分组成，本实用新型二次电池通用充电控制器的特征是双运算放大器Ic1的Ic1-2比较器(2)脚(负输入端)接于W2电位调整端，Ic1-2(3)脚(正输入端)经电阻与被充电池(组)E“-”极相连接，Ic1-2(3)脚(正输入端)与Ic1-2(1)脚(比较器输出端)之间跨接电容和电阻。Ic1-2(1)脚(比较器输出端)与LED-1(绿色)指示灯“-”极和LED-2(红色)指示灯“+”极相连，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)经电阻与三极管V4基极相连，V4集电极经电阻接于电源“+”极，V4基极和V4发射极之间跨接电容，V4和V1的发射极同接电源“-”极，V4集电极经电阻与V1基极相连，V1集电极接于电阻R2、R3之间，R2、R3串联后R2上端接于电位器W1电位调整端，R3下端接于电源“-”极，Ic1-1(5)脚(正输入端)经电阻接于电位器W1电位调整端，Ic1-1(6)脚(负输入端)经电阻接于V3发射极，Ic1-1(7)脚(放大器输出端)经电阻接三极管V2基极。
本实用新型二次电池充电控制器的工作原理经高、低频电容C1、C2滤波的直流电源“+”极经稳压电阻R1和稳压管Dw稳压后(5V)，输出至电位器W1到电源“-”极，调整电位器W1的电位经电阻R4至放大器Ic1-1(5)脚(正输入端)，再经放大器Ic1-1、三极管V2、三极管V3放大，使被充电池(组)E通过设定的额定电流开始恒流充电，调整电位器W2使电源“+”极对Ic1-2(2)脚(负输入端)电位为被充电池(组)E电动势的1.18～1.19倍，因此时电池(组)E放电后刚开始充电，比较器Ic1-2(2)脚(负输入端)电位＜Ic1-2(3)脚(正输入端)电位，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“1”(高电平)，LED-2(红色)指示灯点亮，表示电路正在对电池(组)E恒流充电。当被充电池(组)E充电“虚压”上升到＞被充电池(组)E电动势的1.18～1.19倍时，这里所说的“虚压”，是指因充电施加给电池的电压使电池显示已满，而实际电池尚未充足。电池(组)E“-”极电位因“虚压”降低直至比较器Ic1-2(3)脚(正输入端)电位降低至＜Ic1-2脚(负输入端)电位时，比较器翻转，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“0”(低电平)，LED-2(红色)指示灯将会熄灭，LED-1(绿色)指示灯点亮。C5经电阻R13和Ic1-2(1)脚放电至V4截止，同时V1导通，Ic1-1(5)脚(正输入端)电位降低，恒流源电流突变降至维持电流。因为有电阻R2存在，Ic1-1(5)脚(正输入端)电位不会下降至零，恒流源也不会下降为零，调整R2的阻值即可调整维持充电电流即涓流的强弱。此时被充电池(组)E不再充电。由于“虚压”所至，该电池(组)E电压瞬间将急剧下降，即被充电池(组)E“-”极(16)电位急剧上升，该电位经电阻R9使Ic1-2(3)脚(正输入端)电位急剧上升，直至＞Ic1-2(2)脚电位时，比较器Ic1-2迅速翻转，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“1”，C5经电阻R13充电至V4导通，同时V1截止，Ic1-1(5)脚(正输入端)电位上升，恒流源电流突变升至额定电流充电，如此往复运行。充电控制进入脉冲宽度调制阶段，两指示灯交替点亮。因此时被充电池(组)E以充电“虚压”为主，电路工作在以充电为主的宽脉冲电流充电状态，充电指示灯LED-2(红色)亮度大于LED-1(绿色)指示灯的亮度。脉冲频率高于一定值时，指示灯因余辉所致不显闪动，只显示亮度改变。随着充电时间的延长，被充电池(组)E的充电“实压”，就是指被充电池(组)E断电后的实际电压逐渐上升，此时因电路翻转断电瞬间，被充电池(组)E的电压由急剧下降逐渐变为缓慢下降，脉冲电流的宽度逐渐变窄，电路逐渐转为不再以充电为主，LED-1(绿色)指示灯的亮度逐渐大于充电指示灯LED-2(红色)指示灯的亮度。当被充电池(组)E充电“实压”＞(1.18～1.19)E时，Ic1-2(3)脚(正输入端)电位＜Ic1-2(2)脚(负输入端)电位，比较器将不再翻转，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)稳定输出为“0”。此时充电电流脉宽为零，脉宽调制停止工作，LED-1(绿色)指示灯持续点亮，表示被充电池(组)E已经充足。LED-2(红色)指示灯不再点亮，表示已经充足电的电池(组)E不再充电。此时电路将以小的电流(涓流)维持电池(组)E充足后电压不变，充电过程结束。
当被充电池(组)E在容量范围内使用一定时间后，再接入充电电路充电时，比较器将依据电池(组)E的剩余容量准确进入应充电脉冲宽度的程序。例如电池(组)E电量已放电至极限，电路将从恒流充电进入程序；又如电池(组)E电量放电稍许，电路将依据电池的剩余容量进入与之相适应的脉冲宽度开始充电，剩余容量越多，进入充电脉宽越窄，反之越宽。
电路中，被充电池(组)E的“+”极接直流电源“+”极，被充电池(组)E的“-”极接功率放大管V3集电极。Ic2为三端稳压器，其稳压值应大于电池组充足电后的电压。
本实用新型所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，电池充电过程中不会有过充引起的温升现象，不会造成电池过充或欠充的问题，对电池起到很好的保护作用。解决了现有充电控制器对铅酸、镍氢等二次电池容易造成过充、欠充和充电不能够通用的问题。
附图1是本实用新型所述二次电池通用脉宽调制充电控制器的脉宽调制装置电路图；附图2是可控制恒流源充电执行电路的电路图；附图3是本实用新型所述二次电池通用脉宽调制充电控制器的综合电路图。
具体实施方式
现参照附图1、2、3，结合实施例说明如下本实用新型所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，由脉宽调制电路和可控制恒流源充电执行电路两部分组成，本实用新型二次电池通用充电控制器的特征是双运算放大器Ic1的Ic1-2比较器(2)脚(负输入端)接于W2电位调整端，Ic1-2(3)脚(正输入端)经电阻R9与被充电池(组)E“-”极(16)相连接，Ic1-2(3)脚(正输入端)与Ic1-2(1)脚(比较器输出端)之间跨接电容C4和电阻R10。Ic1-2(1)脚(比较器输出端)与LED-1(绿色)指示灯“-”极和LED-2(红色)指示灯“+”极相连，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)经电阻R13与三极管V4基极(23)相连，V4集电极(19)经电阻R14接于电源“+”极(9)，V4基极(23)和V4发射极(10)之间跨接电容C5，V4和V1的发射极同接电源“-”极(10)，V4集电极(19)经电阻R7与V1基极(14)相连，V1集电极接于电阻R2和电阻R3之间的节点(13)，R2、R3串连后，R2上端接于电位器W1电位调整端(12)，R3下端接于电源“-”极(10)，双运算放大器Ic1的Ic1-1放大器(8)脚接于电源“+”极(9)，Ic1-1(4)脚接于电源“-”极(10)，Ic1-1(5)脚(正输入端)经电阻R4接于电位器W1电位调整端(12)，Ic1-1(6)脚(负输入端)经电阻R6接于V3发射极(18)，Ic1-1(7)脚(放大器输出端)经电阻R5接于三极管V2基极(15)。
本实用新型二次电池充电控制器的工作原理经高、低频电容C1、C2滤波的直流电源“+”极(9)经稳压电阻R1和稳压管Dw稳压后(5V)，输出至电位器W1到电源“-”极(10)，调整电位器W1的电位(12)经电阻R4至放大器Ic1-1(5)脚(正输入端)，该电压经放大器Ic1-1、三极管V2、三极管V3放大，使被充电池(组)E通过设定的额定电流恒流充电。调整电位器W2使电源“+”极(9)对Ic1-2(2)脚(负输入端)电位为被充电池(组)E电动势的1.18～1.19倍，因此时电池(组)E放电后刚开始充电，比较器Ic1-2(2)脚(负输入端)电位＜Ic1-2(3)脚(正输入端)电位，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“1”(高电平)，LED-2(红色)指示灯点亮，表示电路正在对电池(组)E恒流充电。当被充电池(组)E充电“虚压”上升到＞被充电池(组)E电动势的1.18～1.19倍时，这里所说的“虚压”，是指因充电施加给电池的电压使电池显示已满，而实际电池尚未充足。电池(组)E“-”极电位因“虚压”降低直至比较器Ic1-2(3)脚(正输入端)电位降低至＜Ic1-2脚(负输入端)电位时，比较器翻转，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“0”(低电平)，LED-2(红色)指示灯将会熄灭，LED-1(绿色)指示灯点亮。C5经电阻R13和Ic1-2(1)脚放电至V4截止，同时V1导通。Ic1-1(5)脚(正输入端)电位降低，恒流源电流突变降至维持电流。因为有电阻R2存在，Ic1-1(5)脚(正输入端)电压不会下降至零，恒流源也不会下降为零，调整R2的阻值即可调整维持充电电流即涓流的强弱。此时被充电池(组)E不再充电。由于“虚压”所至，该电池(组)E电压瞬间将急剧下降，即被充电池(组)E“-”极(16)电位急剧上升，该电位经电阻R9使Ic1-2(3)脚(正输入端)电位急剧上升，比较器Ic1-2迅速翻转，Ic1-2(1)脚(比较器输出端)输出为“1”，C5经电阻R13充电至V4导通，同时V1截止，Ic1-1(5)脚(正输入端)电位上升，恒流源电流突变升至额定电流充电，如此往复运行。充电控制进入脉冲宽度调制阶段，两指示灯交替点亮。因此时被充电池(组)E以充电“虚压”为主，电路工作在以充电为主的宽脉冲电流充电状态，充电指示灯LED-2(红色)亮度大于LED-1(绿色)指示灯的亮度。脉冲频率高于一定值时，指示灯因余辉所致不显闪动，只显示亮度改变。随着充电时间的延长，被充电池(组)E的充电“实压”，就是指被充电池(组)E断电后的实际电压逐渐上升，此时因电路翻转断电瞬间，被充电池(组)E的电压由急剧下降逐渐变为缓慢下降，脉冲电流的宽度逐渐变窄，电路逐渐转为不再以充电为主，LED-1(绿色)指示灯的亮度逐渐大于充电指示灯LED-2(红色)指示灯的亮度。当被充电池(组)E充电“实压”＞(1.18～1.19)E时，Ic1-2(3)脚(正输入端)电位＜Ic1-2(2)脚(负输入端)电位，比较器将不再翻转，(1)脚(比较器输出端)稳定输出为“0”。此时充电电流脉宽为零，脉宽调制停止工作，LED-1(绿色)指示灯持续点亮，表示被充电池(组)E已经充足。LED-2(红色)指示灯不再点亮，表示已经充足电的电池(组)E不再充电。此时电路将以小的电流(涓流)维持电池(组)E充足后电压不变，充电过程结束。
当被充电池(组)E在容量范围内使用一定时间后，再接入充电电路充电时，比较器将依据电池(组)E的剩余容量准确进入应充电脉冲宽度的程序。例如电池(组)E电量已放电至极限，电路将从恒流充电进入程序；又如电池(组)E电量放电稍许，电路将依据电池的剩余容量进入与之相适应的脉冲宽度开始充电，剩余容量越多，进入充电脉宽越窄，反之越宽。
电路中，被充电池(组)E的“+”极接直流电源“+”极(9)，被充电池(组)E的“-”极接功率放大管V3集电极(16)。Ic2为三端稳压器，其稳压值应大于电池组充足电后的电压。电阻R6和电阻R8为放大器负反馈电阻，电阻R11和电阻R12为指示灯LED-1和指示灯LED-2的限流电阻，电容C3为三端稳压器的滤波电容，电容C5为充电电流脉冲频率设定电容，容量越大，频率越低。可依据不同类别二次电池的特性设定充电电流脉冲频率。电容C4和电阻R10为Ic1-2比较器的反馈元件。电源电压依据≥2.5V+(1.18～1.19)E设计。为了满足电子器件工作电源条件，电源电压最低应≥6.5V，最高应≤15V。当被充电池(组)E的电动势＞10V时，可将被充电池(组)E的“+”极、W2上端、电容C5上端和Ic2上端分别与电源“+”极(9)断开后，再共同接于与该电源共“-”极(10)的另一组＞15V的电源即可。本实用新型所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，电池充电过程中不会有过充引起的温升现象，不会造成电池过充或欠充的问题，对电池起到很好的保护作用。同时解决了现有充电控制器对铅酸、镍氢等二次电池充电不能够通用的问题。
权利要求1.二次电池通用脉宽调制充电控制器，涉及有双运算放大器(Ic1)、三端稳压器(Ic2)，两只小功率三极管(V1、V4)、复合管(V2、V3)和稳压管(Dw)以及相关阻容器件组成，其特征在于双运算放大器Ic1-2比较器(2)脚(负输入端)接于W2电位调整端，Ic1-2(3)脚(正输入端)经电阻R9与被充电池(组)E“-”极(16)相连接，Ic1-2的(3)脚(比较器正输入端)与Ic1-2的(1)脚(比较器输出端)跨接电容C4和电阻R10，Ic1-2的(1)脚(比较器输出端)经电阻R13与V4的基极(23)相连，V4集电极(19)经电阻R14接于电源“+”极(9)，V4基极(23)和V4发射极(10)之间跨接电容C5，V4的集电极(19)经电阻R7与V1的基极(14)相连，V4和V1的发射极同接电源“-”极(10)，V1的集电极接于电阻R2和电阻R3的接点(13)。电阻R2、R3串联后，R2上端接于电位器W1电位调整端(12)，R3下端接于电源“-”极(10)。双运算放大器电源“+”、“-”脚即(4)脚、(8)脚对应接于电源“+”极(9)和“-”极(10)。
2.根据权利要求1所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，其特征在于双运算放大器Ic1-1放大器(5)脚(正输入端)经电阻R4接于电位器W1电位调整端(12)，(6)脚(负输入端)经电阻R6接于V3发射极(18)，(7)脚(放大器输出端)经电阻R5接三极管V2基极(15)。三极管V2、V3所构成的复合管集电极接被充电池(组)E“-”极(16)，被充电池(组)E“+”极接于电源“+”极(9)，V3发射极(18)与电源“-”极(10)之间接入电阻R8。
3.根据权利要求1所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，其特征在于三端稳压器Ic2稳压输出端(20)与电源“+”极(9)之间跨接电位器W2，其稳压值应大于电池组充足电后的电压。电位器W2电位调整端接于双运算放大器Ic1-2比较器(2)脚(负输入端)。
4.根据权利要求1所述的二次电池通用脉宽调制充电控制器，其特征在于直流电源“+”极(9)经稳压电阻R1和稳压管Dw至电源“-”极(10)，稳压管Dw两端(11)、(10)跨接电位器W1，电位器W1电位调整端(12)经电阻R4接于双运算放大器Ic1-1放大器(5)脚(正输入端)。
专利摘要二次电池通用脉宽调制充电控制器，涉及有双运算放大器Ic
文档编号H02J7/02GK2674744SQ20042003796
公开日2005年1月26日 申请日期2004年1月9日 优先权日2004年1月9日
发明者王剑, 王悦新 申请人:王剑