专利名称：自适应电池充电电路的制作方法
技术领域：
自适应电池充电电^各技术领域'本实用新型涉及电池充电电路，具体是涉及能识别不同的电池 种类并选取相应充电方案的电池充电电路。
背景技术：
目前只对镍氢、镍隔电池充电，或单独对碱性电池充电的充电 电路已经较为普及，但是既对碱性电池又对镍氬、镍隔电池充电， 并能识别电池种类自动选择充电方案的全自动自适应充电电路还远 未被人们认识和广泛应用。现有的对碱性电池的充电，均只是采用 限流恒压或定时的控制方法。此方法有很多不足之处，因碱性电池 随着充电次数的增加其内阻有着不同变化，其充电曲线也有明显的 改变。只采用限流恒压的充电方法有些碱性电池在循环充电多次后 因其内部的电解液在充放过程中减少，内阻变得很高，此时若还采 用与之前充电同样的饱和截止电压，其充电效率就会非常低，甚至 会充不进电。另有些电池循环充电多次后因其负极锌青产生了部分 结晶，内阻变得很低，此时充电的电能大部分用在分解水上，使碱 性电池电解液中的水份电解产生氢气与氧气，这些气体增高电池内 部的压力，容易产生漏液和爆炸。现有技术中尚未有对碱性电池、镍氢电电池、镍隔电池的自适应充电技术，相关文献中提到了一些现代充电技术的新方法，例如 l.在中国专利ZL01109995.X中提到一种多用途充电装置，提出
可对镍氢、镍隔、铅酸、及一次普通锌锰千电池充电。但是要根据 不同的电池种类人为的去调整开关S来选择不同的恒压输出，由此 看此技术并非自适应，而且是采用串联恒压控制方式，因电池的内 阻与充电曲线不可能完全一样，所以此方式容易产生过充、欠充与 漏液。2.在申请号为94111648.4的中国专利申请中指出了对两种电 池类型的全自动充电器，通过检测电池的温度与电压，实现从9种 充电模式中选择一种认为是最佳的充电模式。但也不能对碱性电池 进4亍全自动充电。从这些充电控制的新技术看来，目前尚未见从综合因素考虑全 面解决碱性电池、镍氢电电池、镍隔电池的自适应充电技术的方案。发明内容本实用新型的目的在于提供一种自适应电池充电电路，解决现有 技术中不能同时对碱性电池、镍氬电池与镍镉电池进行自适应充电的问题。所提供的自适应电池充电电路，包括电源电路、控制电路与脉 冲充电电路，所述控制电路包括一单片机，所述脉冲充电电路包括 多条并联的充电支路，每一充电支路由单片机一单独引脚控制，所 述单片机从脉冲充电电路及电流采样电路处实时获取每一充电支路的充电电压信号和充电电流信号，与预设的基准数据进行比较判断 电池种类；所述单片机计算各个充电支路的充电电压信号与充电电流信号随时间的变化量，及充电正脉冲与零脉冲间的电压差值信息， 判断电池当前所处的充电状态，根据该充电状态修正制定电池的充 电曲线并确定充电阶段；所述单片机获取电池的最大充电电压、电 压正斜率、电压零增量、电压负增量、以及电池容量增量判断电池 的充饱程度，根据电池充饱程度终止充电。进一步的，所述单片机包括一计数器，用于在电池充电开始后 开始计时，在达到预设的最长充电时间后中止电池充电。与现有技术相比，本实用新型提供的自适应电池充电电路可根据 电池的种类与充电情况做出全方位的调整，有效的保障了充电曲线与 实际曲线相符，以达到最佳的充电效果。此外通过对各个变化量的计 算与置信度考查而终止快速充电，对每条充电支路充电的电池实现单 独的电量检测、容量检测、时间计时等，有效的避免了电池过充与欠 充现象，大大延长了电池的使用寿命。
图l为本实用新型自适应充电电路的电路框图。 图2为本实用新型自适应充电电路一实施方式的具体电路图。
具体实施方式
参阅图l所示，本实用新型的自适应电池充电电路主要包括电 源电路20、控制电路30、脉冲充电电路40、电流采样电路60、显 示部分70以及基准稳压源80。其中电源电路20接收宽电压交流输入AC85-265V 10作适当转换后为控制电路30、显示部分70以及基 准稳压源80提供工作电压。此外，由所述电源电路20提供电压给 基准稳压源80,再由基准稳压源80输出稳定电压，该稳定电压作为 控制电路30的基准电压。所述控制电路30内部预存有系列参数与 程序。例如碱性电池、镍氢电池以及镍镉电池等各自预先设定的最 大电压、最长时间、电源的初始输出电压、内阻、电压负增量-AV 等。所述控制电路30从所述电流采样电路60实时获取电池充电电 流信息，并从脉冲充电电路40实时获取充电电压信号，根据获取的 充电信息判断电池的充电情况，以此控制电源电路20的输出与脉冲 充电电路40的充电脉宽或占空比完成电池50的充电。下面结合图2具体介绍本实用新型自适应电池充电电路的各个模块。电源电路20:电源电路20接收85-265VAC IO的交流电压，整流滤 波后经开关调整模块ICl送到变压器Tl,由变压器T1输出两组电压， 一组经二极管D3与电容C5整流滤波后输出电压Vccl (3V)到脉冲充 电路40给各电池充电，另一组经二极管D2与电容C4整流滤波后输出 电压Vcc2 (10V)到两个电路，其一是到三极管Q2与芯片IC7经稳压 后输出电压Vcc (5V)供控制电路30,即单片机IC5工作，其二是到 基准稳压源80,由基准稳压源80内的稳压芯片IC6稳压后为控制电路 30提供基准电压。电源电路20由单片机IC5通过光电耦合器IC2输出控制信号控制。 具体为，电源电路20内包括开关调整模块IC1，光电耦合器IC2根据单片机IC511脚输出的控制信号来控制开关调整模块IC1的输出，使电源 电路20根据电池的种类与状态做出相应的调整。电源电路20内部还包括由二极管D1 、电阻R1及电容C3组成的尖 峰电压吸收回路，用于吸收开关调整模块IC1关断时变压器T1上产生 的尖峰电压，确保开关调整模块IC1工作安全。开关调整模块IC1内含135度保护电路(未图示)，当温度超过限 定温度时，保护电路则自动降低电源电路20的输出功率，避免温度过 高损坏元件。电流采样电路60由电阻R5与R4组成，其连接于电池充电路径上， 主要用于将各类电池与各状态电池的充电电流信号实时送往单片机 IC5的13脚，来完成电池充电电流的采样工作。基准稳压源80主要由三极管Q1、稳压芯片IC6、电阻R29、 R31、 R32、 R33、 R35、及电容C14组成，主要是根据单片机IC5的第4脚输 出的控制信号将不同的稳压值送往单片机IC5的第12脚，来完成提供 基准电压的工作。显示部分70包括多个并联设置的显示支路，每一支路包括指示灯 单元以及与发光单元串联的电阻。图2中显示部分包括四条显示支路， 由发光二极管LED1、 LED2、 LED3、 LED4、以及分别与该等发光二 极管连接的电阻R22、 R23、 R24、 R25、 R26、 R40、 R41、 R42组成。 所述四条显示支路从单片IC5的第7脚、8脚、9脚、IO脚获取各个电池 的显示信息，进而做出相应的显示，具体显示内容如下自^f佥插电源后所有指示灯亮分别以红绿交替闪烁一秒后熄灭。
镍氢电池充电指示电池充电，相对应指示灯中以红灯长亮。 碱性电池充电指示电池充电，相对应指示灯以红绿色交替闪烁。 充满指示相对应指示灯中以绿灯长亮。锌锰干电池接入自适应充电电路拒绝充电，相对应指示灯不做 任何显示。电池接反自适应充电电路检测为异常，相对应指示灯以红灯闪烁。电池接触不良相对应指示灯以红灯闪烁。损坏电池接入自适应充电电路不充电，相对应指示灯以红灯闪烁。脉冲充电电路40主要由MOS管开关与电阻串联后接地构成， MOS管开关与电阻连接处连接至电池给电池充电。图2中，采用了四 个MOS管开关IC3A、 IC3B、 IC4A、 IC4B分别与四电阻R10、 R12、 R13、 R15串联后接地构成四条并联设置的充电支路，该四条并联的 充电支路主要根据单片机IC5的第1脚、20脚、17脚、14脚获取各个电 池的控制信号，进而做出相应的开通与关闭，充电与停止等工作。该 四条充电支路的充电情况分别由显示部分70的四条显示支路显示， 另，每一充电支路中MOS管开关与电阻的连接处还分别连接至与单片 机IC5的第2脚、3脚、18脚与19脚，用于实时采样各充电电池的充电 电压情况。控制电路30主要由单片机IC5、电阻R27、 R28、 C13组成，R27 与C13为IC5的组成单片机IC5的上电复位电路，电阻R28根据单片机IC5的第4脚的输出控制基准稳压源80输出的稳压值。单片机IC5为本实用新型自适应电池充电电路的核心部分，其具 体工作如下初始化单片机复位后首先对各参数如各类电池的最大充电电 压、最长充电时间、电源的初始输出电压、内阻、电压负增量-厶V (3MV)等进行设定，并且将各输入输出端口进行定义，然后进行自 检；确定电池种类将单片机IC5的第3脚、2脚、19脚、18脚从各个 电池获取的电压数据与第13脚采样的电流数据与单片机IC5内部设定 的各基准数椐比较进行综合判断后，进而准确判断出电池的种类。判断充电阶段充电开始即进入预充电状态，充电时将不停的采 集检测各个电池的电压、电流随时间的变化量，及正脉沖与0脉冲间 的电压差值等信息，通过综合分析估算出电池的内阻，进而计算出电 池当前所处的状态，根据电池当前所处状态通过软件修正制定电池的 充电曲线，并4艮据电池的不同状态确定充电的不同阶^:。判断电池饱和情况通过对充时电池的最大电压Vmax、电压正 斜率、电压零增量0厶V、电压负增量-厶V、最长时间Tmax、电池容 量增量等多个变量的采后样进行综合分析，并结合模糊控制技术对各 个数据进行置信度考察去除真伪，若现象为真实，则采 目应的措施， 反之则忽略。单片机IC5内部还包括一计数器(未图示)，用于在充电 开始后开始计时，当其它Wt不起作用时，在该计时器计时达到预设 的最长时间时，终止充电过程，防止各电池严重过充。
对部分O伏与短路电池进行恢复当充电电路检测到0伏电池时， 单片机IC5控制脉冲充电电路40以高频脉沖对电池进行恢复性充电， 若经恢复后电池电压达到一预定电压(0.8V)后则进行快速充电。反 之则控制显示部分70显示坏电并停止充电。当充电电路检测到短路电 池时，单片机IC5控制电源电路20及脉冲充电电路40，输出高频大电 流脉冲对电池进行激活。本实用新型自适应电池充电电路的工作原理可简述为单片机 IC5把从电池采样回来的电压信号经数字滤波消除千扰和谐波成分 后，进行电压正斜率、电压零增量O厶V、电压负增量-AV、最大电 压Vmax等变量置信度考查与综合判断，进而控制脉冲充电电路40工 作。电流釆样电路60将采样充电电流信号送入单片机IC5，经单片机 IC5转换与基准电压进行比较后输控制信号到电源电路20,使整个电 源电路20才艮据电池的种类做出充电电流与输出功率的调整，并结合电 压信号的判断结果使充电的曲线与实际电池的曲线一致。此外，最长 时间控制采用单片机IC5内部计数器。当电池开始充电后计数器开始 工作。单片机IC5还根据釆样的电流信号计算出电池充电容量，并根 据电池充电容量不断地校正最大电压。当上述条件符合一定要求时， 单片机IC5关闭脉冲输出，完成充电过程。本自适应充电电路的优点为本充电电路^_件电路简洁可靠，控制电路30使用单片机IC5控制， 电源电路20采用了集成的开关调整模块，而且通过单片机IC5可直接 控制开关调整模块，实现了高度集成，整个电路外围元件大量减少， 非常筒洁可靠。宽电压交流输入85-265VAC，可通用全球电压。单片机IC5可直接控制电源电路20,使整个电源电路20可根据电 池的种类与充电情况做出全方位的调整，有效的保障了充电曲线与实 际曲线相符，以达到最佳的充电效果。建立动态模型，通过对各个变化量的计算与置信度考查而终止快 速充电，有效的避免了电池过充与欠充现象，大大延长了电池的使用 寿命。可对部分O伏与短路电池进行恢复。可实现高倍率电流充电，充电时间短，充电电路成本低，单片机 IC5与电源的结合性好，充分利用的电源与单片机IC5资源。硬件电路实现简单可靠并具有充电电路自身保护，更安全可靠。可对每条充电支路充电的电池实现单独的电量检测、容量检测、 时间记时等，避免了串联充电不能对每个电池进行单独检测所带来的 过充与欠充等现象。此充电电路允许镍氬与碱性电池混合充电，并可同时对多粒AA 或AAA电池充电。
权利要求1. 一种自适应电池充电电路，包括电源电路、控制电路与脉冲充电 电路，其特征在于，所述控制电路包括一单片机，所述脉冲充电电 路包括多条并联的充电支路，每一充电支路由单片机一单独SI脚控 制，所述单片机从脉冲充电电路及电流采样电路实时获取每一充电 支路的充电电压信号和充电电流信号，与预设的基准数据进行比较判断电池种类；所述单片机计算各个充电支路的充电电压信号与充 电电流信号随时间的变化量，及充电正脉冲与零脉冲间的电压差值 信息，判断电池当前所处的充电状态，根据该充电状态修正制定电 池的充电曲线并确定充电阶段；所述单片机获取电池的最大充电电 压、电压正斜率、电压零增量、电压负增量、以及电池容量增量判 断电池的充饱程度，根据电池充饱程度终止充电。
2. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，所述单 片机包括一计数器，用于在电池充电开始后开始计时，在达到预设 的最长充电时间后中止电池充电。
3. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，还包括 一显示部分，所述显示部分包括多个并联设置的显示支路，每一显 示支路显示对应充电支路上电池的充电情况。
4. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，所述控 制电路还包括一上电复位电路用于使所述单片机上电时复位。
5. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，还包括 一光电耦合器，所述单片机根据电池种类通过该光电耦合器输出控 制信号控制电源电路的输出，以适应电池类别给电池充电。
6. 如权利要求5所述的自适应电池充电电路，其特征在于，所述电 源电路包括一开关调整模块，所述开关调整模块根据单片机输出的 控制信号控制电源电路的输出，以适应电池类别给电池充电。
7. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，所述电 源电路包括一尖峰电压吸收回路，用于吸收开关调整模块关断时电 源电路上产生的尖峰电压。
8. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，还包括 一基准电压源用于给所述单片机提供基准电压。
9. 如权利要求1所述的自适应电池充电电路，其特征在于，所述电 源电路接收宽电压交流输入AC85-265V。
专利摘要一种可对多类电池充电并能避免电池过充与欠充的自适应电池充电电路，包括电源电路、控制电路与脉冲充电电路。控制电路包括一单片机，脉冲充电电路包括多条并联的充电支路，每一充电支路由单片机一单独引脚控制。单片机从脉冲充电电路及电流采样电路处实时获取每一充电支路的充电电压信号和充电电流信号，与预设的基准数据比较判断电池种类；单片机另计算各个充电支路的充电电压信号与充电电流信号随时间的变化量，及正脉冲与零脉冲间的电压差值信息，判断电池当前所处的充电状态，以此修正电池的充电曲线并确定充电阶段；单片机还获取电池的最大充电电压、电压正斜率、电压零增量、电压负增量以及电池容量增量判断电池的充饱程度，确定是否终止充电。
文档编号H02J7/00GK201038797SQ20072011960
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月18日 优先权日2007年4月18日
发明者李仕清, 王庆海 申请人:李仕清