可充电电池补电控制装置的制作方法

[0001]
本发明涉及充电控制技术领域，尤其涉及一种使用常规充电器对可充电电池进行充电过程中的可充电电池补电控制装置。


背景技术：

[0002]
对于可充电电池来说，例如锂离子电池，在从生产线上下来后，一般会放置在专用的充放电柜中，定时通过充放电柜对电池进行补电，以防止电池缺电。随着对电池需求量的增大，特别是在旺季，电池生产车间普遍会出现充放电柜不够用的问题，如果增加充放电柜的配置量，一是增加设备成本(充放电柜价格昂贵)，二是在淡季可能会出现充放电柜闲置的情况，从而造成资源浪费。因此，可以考虑采用市场上常用的电池充电器对电池进行补电，但是，由于市场上的电池充电器并非所生产电池的标准配置，也即充电器所识别的满电电压与电池所需的满电电压不同，这就要求实时监控充电器的充电电压，当充电电压达到目标水平时，要自动断开充电状态，从而达到理想的补电目的。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是为解决上述技术问题而提供一种可根据可充电电池所需的满电电压而对充电器的截止电压进行控制的可充电电池补电控制装置。
[0004]
为了实现上述目的，本发明公开了一种可充电电池补电控制装置，包括可调直流电压源、比较输出电路、第一驱动电路以及连接控制装置；
[0005]
所述连接控制装置包括输入接口、输出接口和控制器，所述输入接口用于与所选用的充电器的输出端电性连接，所述输出接口用于与可充电电池电性连接，所述控制器用于控制所述输入接口和所述输出接口之间通/断；
[0006]
所述比较输出电路的两个比较输入端分别与所述可调直流电压源和所述输入接口电性连接，所述比较输出电路可根据其两个比较输入端的电压差变化输出不同的控制信号；
[0007]
所述第一驱动电路与所述比较输出电路的输出端电性连接，用于根据不同的所述控制信号驱动所述控制器的动作。
[0008]
较佳地，所述比较输出电路包括一差分放大器。
[0009]
较佳地，所述差分放大器的输出端与反向输入端之间还电性连接有一电容器。
[0010]
较佳地，所述差分放大器的同向输入端与所述可调直流电压源电性连接，所述差分放大器的反向输入端与所述输入接口电性连接。
[0011]
较佳地，所述第一驱动电路包括第一三极驱动器、第一驱动电源和第一限流电阻；所述第一三极驱动器的控制端通过所述第一限流电阻与所述差分放大器的输出端电性连接，所述第一驱动电源电性连接所述第一三极驱动器的电源输入端，所述第一三极驱动器的电源输出端与所述控制器电性连接。
[0012]
较佳地，所述第一驱动电路还包括一启动开关，所述启动开关的两端分别电性连
接在所述第一三极驱动器的电源输入端和电源输出端之间，所述启动开关用于短接所述第一驱动电源与所述控制器之间的电源通路。
[0013]
较佳地，所述控制器为电磁继电器。
[0014]
较佳地，还包括电性连接在所述比较输出电路的输出端并与所述第一驱动电路并联连接的第二驱动电路以及与所述第二驱动电路电性连接的指示器，所述第二驱动电路用于根据不同的所述控制信号驱动所述指示器的指示状态变化。
[0015]
较佳地，所述第二驱动电路包括第二三极驱动器、第二驱动电源和第二限流电阻；所述第二三极驱动器的控制端通过所述第二限流电阻与所述差分放大器的输出端电性连接，所述第二驱动电源电性连接所述第二三极驱动器的电源输入端，所述第二三极驱动器的电源输出端与所述指示器电性连接。
[0016]
较佳地，所述第一三极驱动器与所述第二三极驱动器的控制端之间还设置有二极管，且所述二极管的正极端与所述第一三极驱动器的控制器电性连接。
[0017]
与现有技术相比，本发明可充电电池补电控制装置的主要有益效果包括：
[0018]
1.可根据可充电电池所需要的满充电压调节可调直流电压源的输出电压，从而对充电器的截止电压进行设定，使得当充电器将可充电电池充满电时，自动断开充电器与可充电电池之间的连接，可有效减少充放电柜的配置数量，节约生产设备成本；
[0019]
2.由于在比较输出电路的输出端还设置有第二驱动电路和指示器，当充满电时，该指示器的状态发生变化，因此，可通过该指示器监控充电状态，使用方便；
[0020]
3.由于在差分放大器的输出端与同向输入端之间电性连接有一电容器，因此，可使得充电电压越过设定电压一段时间后充电器与可充电电池断开，从而确保补电到位，避免虚满。
附图说明
[0021]
图1为本发明实施例中可充电电池补电控制装置的原理结构示意图。
[0022]
图2为本发明实施例中可充电电池补电控制装置的电路原理图。
具体实施方式
[0023]
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0024]
本实施例公开了一种可充电电池补电控制装置，用于对采用常规充电器对可充电电池进行补电的截止电压进行控制，以使得，当将可充电电池的电压充到目标值时，充电器可自动断开与可充电电池的连接。本实施例以及下述各个实施例中的可充电电池均以锂电池组为例，但并不以此为限，该常规充电器为本领域技术人员所熟知的锂离子充电器，充电器可提供的最大充电电压可不必与锂电池组相匹配，要求充电器的最大充电电压大于或等于锂电池组的满充电压，而且要求充电器为恒流型，也即充电器以恒定充电电流对锂电池组进行充电，充电过程中的充电电压是由小变大的。
[0025]
如图1所示，该补电控制装置包括可调直流电压源1、比较输出电路2、第一驱动电路3以及连接控制装置4。本实施例中的可调直流电压源1用于输出可调节的直流电压，可调直流电压源1输出的直流电压即为要求充电器8所达到的截止电压，也即，该可调直流电压
源1为一基准电压源。
[0026]
连接控制装置4包括输入接口40、输出接口41和控制器42，输入接口40用于与所选用的充电器8的输出端电性连接，输出接口41用于与锂电池组7电性连接，控制器42用于控制输入接口40和输出接口41之间通/断。对锂电池组7进行补电作业时，将所选用的充电器8的输出端连接在输入接口40上，将锂电池组7的充电输入端连接在输出接口41上，充电器8和锂电池组7通过输入接口40和输出接口41进行电性连接。
[0027]
比较输出电路2的两个比较输入端分别与可调直流电压源1和输入接口40电性连接，比较输出电路2可根据其两个比较输入端的电压差变化输出不同的控制信号。第一驱动电路3与比较输出电路2的输出端电性连接，用于根据不同的控制信号驱动控制器42的动作，进而使得控制器42根据该控制信号控制输入接口40和输出接口41的通/断。
[0028]
上述实施例所公开的补电控制装置的工作原理为：
[0029]
首先，可调直流电压源1为比较输出电路2提供一基准电压源，根据锂电池组7所需的满充电压调节可调直流电压源1输出合适的基准电压，可使得基准电压等于满充电压，也可使得基准电压略大于满充电压；其次，比较输出电路2根据充电器8输出的充电电压和基准电压之间的差值输出不同的控制信号，例如，在充电初期，充电器8输出的充电电压比较小，小于基准电压，比较输出电路2输出第一控制信号，该第一控制信号使得控制器42控制输入接口40和输出接口41保持在连通状态，充满电时，充电器8输出的充电电压略大于(或等于)基准电压，那么比较输出电路2输出的控制信号发生变化，变为第二控制信号，该第二控制信号使得控制器42控制输入接口40和输出接口41断开，从而使得锂电池组7被充满电后可自动与充电器8断开。由此可知，通过上述补电控制装置，可通过调节可调直流电压源1输出的基准电压来控制充电器8的截止电压，从而使得充电器8输出的截止电压与当前锂电池组7相匹配。因此，通过上述补电控制装置的使用，可减少对充放电柜的配置数量，从而节约生产设备成本。
[0030]
请结合参阅图1和图2，比较输出电路2包括一差分放大器a1，该差分放大器a1根据充电器8输出的充电电压和可调直流电压源1输出的基准电压的差值输出高电平或低电平。具体地，差分放大器a1的同向输入端与可调直流电压源1电性连接，以获取基准电压信号vcc0，差分放大器a1的反向输入端与输入接口40电性连接，以获得充电电压信号vin。当充电器8输出的充电电压小于可调直流电压源1输出的基准电压时，差分放大器a1输出高电平，第一驱动电路3根据该高电平使得控制器42做出相应的动作，进而使得输入接口40与输出接口41连通，当充电器8输出的充电电压大于或等于可调直流电压源1输出的基准电压时，差分放大器a1输出低电平，第一驱动电路3根据该低电平使得控制器42做出相应的动作，进而使得输入接口40与输出接口41断开。较佳地，该控制器42优选为电磁继电器k1。
[0031]
更具体地，如图2所示，可调直流电压源1通过串联连接的第一分压电阻r3和第二分压电阻r6与差分放大器a1的同向输入端连接，差分放大器a1的同向输入端连接在第一分压电阻r3和第二分压电阻r3之间。输入接口40通过第三分压电阻r7和第四分压电阻r10与差分放大器a1的反向输入端连接，差分放大器a1的反向输入端连接在第三分压电阻r7和第四分压电阻r10之间。且，第一分压电阻r3与第二分压电阻r6的比值等于第三分压电阻r7与第四分压电阻r10的比值，从而使得充电器8输出的充电电压信号vin等于基准电压信号vcc0时，差分放大器a1的两输入端输入的量值相等。
[0032]
为提高差分放大器a1两输入端的抗干扰性能，较佳地，请再次参阅图2，差分放大器a1的同向输入端与输入接口40之间还串联连接一共模电容c2和一共模电阻r8，该共模电容c2与共模电阻r8一起形成微小干扰信号的共模量，并将该共模量输入差分放大器a1的同向输入端，以与反向输入端收到的来自输入接口40的干扰信号互相抵消，从而提高抗干扰性能。另外，差分放大器a1的同向输入端和反向输入端还分别设置一同向输入电阻r5和反向输入电阻r9。同向输入电阻r5可缓冲共模电容c2电压变化引起的同向输入端的变化，反向输入电阻r9可缓冲来自于输入接口40的电压变化引起的反向输入端的变化。
[0033]
如图2，为方便基准电压的设置，同时确保充电器8到达截止电压时锂电池组7被充满电，可在差分放大器a1的输出端与反向输入端之间电性连接一电容器c1。充电过程中，差分放大器a1的同向输入端电压大于反向输入端电压，该电容器c1与差分放大器a1输出端连接的一端为正极，另一端为负极，并不断储存电量，当差分放大器a1的同向输入端电压等于反向输入端电压时，电容器c1开始放电，使得差分放大器a1的输出端继续保持一定时间的高电平，从而确保锂电池组7被充满电，电容器c1放电结束后，由于此时充电器8输出端的充电电压大于基准电压，差分放大器a1输出低电平，使得输入接口40与输出接口41断开。
[0034]
进一步改进，如图2，第一驱动电路3包括第一三极驱动器q1、第一驱动电源和第一限流电阻r4，第一驱动电源提供第一电源信号vcc2。第一三极驱动器q1的控制端g1通过第一限流电阻r4与差分放大器a1的输出端电性连接，第一驱动电源电性连接第一三极驱动器q1的电源输入端，第一三极驱动器q1的电源输出端与控制器42(也即电磁继电器k1)电性连接。本实施例中，该第一三极驱动器q1为开关型npn三极管q1，当差分放大器a1输出高电平时，npn三极管q1中存在基级电流并导通，连通第一驱动电源与电磁继电器k1之间的电源通路，电磁继电器k1得电，接通输入接口40与输出接口41。当差分放大器a1输出低电平时，npn三极管q1截止，断开第一驱动电源与电磁继电器k1之间的电源通路，电磁继电器k1失电，从而断开输入接口40与输出接口41之间的连通。
[0035]
较佳地，第一驱动电路3还包括一启动开关s1，启动开关s1的两端分别电性连接在所述第一三极驱动器q1的电源输入端和电源输出端之间，启动开关s1用于短接所述第一驱动电源与控制器42(也即电磁继电器k1)之间的电源通路。充电开始时，通过按压该启动开关s1接通输入接口40和输出接口41。
[0036]
进一步地，如图1所示，本实施例中的补电控制装置还包括电性连接在比较输出电路2的输出端并与第一驱动电路3并联连接的第二驱动电路5以及与第二驱动电路5电性连接的指示器6，第二驱动电路5用于根据不同的控制信号驱动指示器6的指示状态变化。具体地，如图2，第二驱动电路5包括第二三极驱动器q2、第二驱动电源和第二限流电阻，第二驱动电源提供第二电源信号vcc3。第二三极驱动器q2的控制端g2通过第二限流电阻r2与差分放大器a1的输出端电性连接，第二驱动电源电性连接第二三极驱动器q2的电源输入端，第二三极驱动器q2的电源输出端与指示器6电性连接。本实施例中，第二三极驱动器q2优选为开关型pnp三极管q2，该指示器6优选为发光二极管led。充电过程中，差分放大器a1输出高电平，pnp三极管q2被截止，发光二极管led处于熄灭状态，充电结束时，差分放大器a1输出低电平，pnp三极管q2存在基级电流并导通，从而点亮发光二极管led，以提示工作人员补电工作完成。
[0037]
进一步改进，由于第一三极驱动器q1采用npn三极管q1，当差分放大器a1的输出端
由高电平变为低电平时，npn三极管q1与第一限流电阻r4连接的位置存在结电容(寄生电容)，如果不对其处理，该结电容会进入npn三极管q1，延缓npn三极管q1被截止的时间，因此，可在第一三极驱动器q1与第二三极驱动器q2的控制端之间设置二极管d1，且二极管d1的正极端与第一三极驱动器q1的控制器42电性连接。本实施例中，当差分放大器a1的输出端由高电平变为低电平时，npn三极管q1与第一限流电阻r4连接的位置产生的结电容通过二极管d1释放，从而确保电磁继电器k1先于发光二极管led被点亮之前断开输入接口40与输出接口41之间的连通。另外，电磁继电器k1的两端还设置有一续流二极管d2，用于电磁继电器k1输入断开时续流，消除电感线圈产生的感应电流的负面影响。
[0038]
综上，如图1和图2所示，上述实施例公开了一种可充电电池7补电控制装置，使用时，首先，根据锂电池组7所需要的满充电压调节可调直流电压源1输出的基准电压，如，充电器8规格为24v，锂电池组所需满充电压为22v，那么将可调直流电压源1输出的基准电压调节为22v，此时，由于输入接口40与输出接口41处于断开状态，充电器8输出的电压为空载电压，高于22v(也高于24v)，差分放大器a1输出低电平，因此，电磁继电器k1处于失电状态，发光二极管led一直处于点亮状态；然后，按压启动开关s1，启动开关s1按下后电磁继电器k1得电，接通输入接口40与输出接口41，因此使得充电器8的输出端与锂电池组7连通，开始充电，此时，充电器8输出的充电电压小于基准电压，差分放大器a1输出高电平，npn三极管q1导通，pnp三极管q2截止，因此，当看到发光二极管led熄灭后，松开启动开关s1，npn三极管q1仍保持在导通状态。当输入接口40的电压等于基准电压时，差分放大器a1的两输入端信号(vcc0＝vin)相等，此时，在电容器c1的作用下，差分放大器a1的输出端继续保持在高电平状态，电容器c1放电完毕后，此时输入接口40的充电电压大于基准电压，差分放大器a1输出端变为低电平，输入接口40与输出接口41断开，发光二极管led重新点亮，所以当看到发光二极管led点亮后表示补电完毕。
[0039]
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。