专利名称：多功能充电机的制作方法
技术领域：
本实用新型属充电机制造领域。
本实用新型的背景技术是目前使用最普遍的充电器主要有变压器降压，整流后电阻限流输出式(变压器次级一组抽头，只能充一路电池)电容限流，整流输出式(使用不安全)电阻降压，整流输出式(效率低，耗散功率大，较少使用)这几种电路性能简单，只能对可充电池进行一般性充电，从电路上对输出电压、电流稳定性，过充电、欠充电、充电时间控制等技术指标无保证，完全需要人工控制。
本实用新型的设计目的是避免现有技术中的不足之处，设计一种具有可预置时间、充检转换选择、声光报警、多路充电单元电路并接的多功能充电机。
本实用新型的设计方案1、电路设计原理充电核心电路为目前国内普遍使用的镉镍电池、碱锰可充电池充电设计，并可以做为二次电池使用的碱性锌高能电池，以及普通干电池进行寿命延长充电。电池外型为单体圆柱形，除标称电压镉镍电池为1.2伏特，其它各类电池均为1.5伏特。适应电池型号为1-5号。充电数量1-36节。
36路充电输出为各自独立设计(每路负责一节电池充电)充电时互不干扰，可防止电池之间容量差别对充电结果的影响。又能方便的实现一机多类、多型号电池进行充电与电压检测。独立输出设计还有不受充电数量限制，各别电池是否损坏，接入充电是否连接良好，电池安放位置等要求。各路充电输出电路精选采用了先进的进口集成电路LM317T(三端可调稳压块)LM317T内部电路设计完善，有稳压性好，输出电压调整方便，短路，过热保护、一致性好，外围电路元件少等特点。LM317T售价低，近期价格块3元左右人民币。有关该集成电路请参阅有关资料。
充电输出电路设计充分利用了LM317的各种性能，利用LM317输出电压调整方便、稳压性能好的特点(输出充电电路内阻很小、可认为是恒压电源)设定各路输出电压为1.7伏特(标称1.5伏特电池完成充电后充许的最大端电压值)为各类标称1.5伏特的电池自动充电。原理如下充电输出电路电动势为EA设定VA端电压为1.7伏特、待充电池电动势为EB、VB端电压为1.5伏特的电池经放电使用后内阻变化、端电压VB低于1.5伏特、电动势EB也低于原电动势。因EA＞EB则IA＞IB、总电流I的方向与IA的方向相同，所以充电输出电路电动势EA处在发电状态，与电流方向相反的被充电池电动势EB为反动势，电流逆着EB电动势方向流动，电场力作功，被充电电池得到充电。根据公式IA=EA-EBYoA+YoB+R]]>式中IA为电流(这里称为充电电流)EA、EB分另为充电输出电路动势和充电电池电动势、YOA、YOB、R分别为充电输出电路内阻、充电电池内阻、接触与其它电阻。从公式中可以看出电流IA与式中分子部分EA-EB的代数和成正比，与分母部分各电阻之算术和成反比(因待充电电池电动势不会超充电输出电动势，所以不考虑电动势出现负值的情况)设计中因充电输出电路可认为是“理想恒压电源”内阻很小忽略不计、接触与其它电阻也很小忽略不计，公式简化为IA=EA-EBYoB,]]>从简化后的公式看，电流IA的大小、用通俗叙述，充电输出电流大小在电池内阻一定的范围内，充电电路电动势与待充电池电动势值相差越大，充电输出电流越大，待充电一定时间后，被充电池电动逐渐升高，输出电流也逐渐减少、待接近或达到充电机充电输出电动势时，输出电流很小，及使不把充好电的电池及时取出，也不会使电池过充电而损坏，可以在无人监管下完成自动充电。(在恒压下，充电电流按电池残存电压自动调节)LM317T最大输出电流为1.5安培，为防止充电电池在较大输出电流下损坏，在LM317U1输出入端对输入电压进行适当降压，对输入最大电流进行限流(与LED显示综合设计)本机设计每路加负载最大输出电流值为120毫安、直测输出电流为240毫安(MF64三用表测)经实测，在电池不同端电压下，输出电流在5-120毫安之间变化。设计每路加负载最大输出电流值120毫安，是按不同类型、型号的电池综合测算优选的值。
对标称电压1.2伏特的镉镍电池充电，充电后电池端电压最大值不能达到1.7伏特设定电压(过充电会损坏)，设计上利用了镉镍电池充许较大电流充电的特点，用充电时间来控制充电，根据不同型号镉镍电池在1.7伏设定电压下充电需要合适时间，用本机设计的可预置时间控制电路，进行1分钟-99小时的时间选择，到充电时间结束后，自动停止充电，并声光报警。时间控制也适合一些因内部构造不同的电池充电后端电压上升较快，而容量并没有达到规定的电池，这类电池类型很小、只做特别对待，电路上设有选择开关。
对一些单纯使用镉镍电池的部门，可将输出电压调定为1.5伏特，只需更换LM317T调整端一只电阻。可部分调定，本设计只针对特殊需要。
为使方便，合理掌握充电效果，将国内常用的几种可充电池，按不同型号用附表提示最佳充电时间供参考。
每充电位LED显示(φ3红发光二极管)不但可做为充电电池接入充电连通指示，还可指示充电电流之强弱。设计原理也利用了前面叙述的自动充电原理，充电输出电流越大，通过LED电流也大，反之越小(电流大时亮，电流减小逐暗)得到一个元件二种功能的设计要求。
为方便对充电电池放，充电后电压的检测，1-36路充电输出端对应设计了电池电压检测电路(由充电、检测转换开关，轻触自复开关，终端显示电压表组成)经选择开关转换，按动对应位数自复开关，从2V直流电压表上能直观看到某一充电位电池电压读数。此设计还有检测电池是否失效的功能。
利用若干路输出单元电路，将LM317T电压调整电阻换成一可调电位器引出，通过电位器调整，为特别用户提供稳压的1.25伏特至7伏范围，120毫安电流的输出供其它使用(只做辅助设计)其它元件参数的计算确定，有关刊物有介绍，这里就不详述了。
电路设计上力求简洁、实用、选择了一些目前先进的电子器件，如多功能稳压块、轻触自复多位开关、数显可预置时间继电器、LED发光管、声光一体报警器，使电路设计更显简洁。并使整机电路更具有先进性、新颖性、实用性。注关于自动充电设计原理部分叙述，理论上讲任何电源、线路都有一定内阻和电阻，这里只做一般性分析。
2、结构设计原理供安放1—36个电池的卡座(充电输出端、电压检测输入端)采取了与LED显示，电压检测轻触开关键排列位置相对应，敞开式设计。有以下特点使用人员能很方便的按排列顺序或不按排列顺序放入、取出充电电池。通过充电机面板上相对应的LED显示，电压检测键的操作，直观的对某一节电池是否安放好，是否快充好电、电池是否失效、充电前后的电池电压进行观察和操作。有利于充电机在夏季或使用环境温度较高时大批量充电、电池的散热。
对1-5号电池与电池卡座通用安放问题(1-5号电池直径与高度不同，电池号越大直径与高度越小)在卡座的设计尺寸选择上，以R20型(1号)电池为卡座标准，设计原理上利用了1号电池外形尺寸大于其它号电池尺寸。所以直径问题不用考虑。对高度问题，用加长负极接触弹簧行程的设计方案进行解决，(该弹簧为压紧电池，接通负极用。本机设计应选用弹性适中，压缩比较大的钢丝绕制)。
操作面板元件排列，以使用频繁程度为标准，具有视野观察方便、美观、操作方便。内部结构设计以方便维修，有利元件散热为标准。该机设计结构合理、美观、新颖、实用。
3、详细的电路与结构一种多功能充电机，它包括插头、双联开关K1、电源变压器B1、桥式整流电路D1-D4、滤波电容及电池卡座(5)，其特征是1～36路充电单元电路(26)电源输入端a并接、电源输出端b分别经电压检测自复轻触开关(20)接各自的电池卡座的正极端、电源负极c并接电池卡座的负极端及充电电压检测转换开关(18)的中间接线端；时间继电器SXJ的一端接B1初级线圈的一端及变压器B2初级线极圈的一端，SXJ的另一端接开关K2的一端，K2的另一端接SXJ常闭触点SXJ2-5的一端及B2初级线圈的另一端，SXJ2-5的另一端接B1初级线圈的另一端，B2次级线圈的中间抽头接指示灯ZD的一端，ZD的另一端接B2次级线圈的一端及二极管D5的负极，D5的正极接蜂鸣器SBJ的一端及电容C2的正极，C2的负极接SBJ的一端及SXJ常开触点SXJ3-6的一端，SXJ3-6的另一端接B2次级线圈的另一端。
电压检测显示直流电压表(21)正极接电压检测轻触自复开关(20)一端，自复开关(20)另一端接每路输出的正极，电压表(21)负极接充电电压检测转换开关(18)的一侧接线端，充电电压检测转换开关(18)的另一侧接线端接桥式整流电路的负极输出端及C1的负极。1-36路充电单元电路(26)的电路构成相同，其每一充电单元电路均由二极管D6、D7、发光二极管LED、电阻R1～R4及LM317T构成，D6的正极接桥式整流电路D1～D4的正极电压输出端及LED的正极，D6的负极接D7正极，D7的负极接R1的一端，R1的另一端接R2的一端及LM317T的输入端，LM317T的输出端接电池卡座的正极端及R3的一端，R3的另一端接LM317T的接地端及R4的一端，R4的另一端接充电电压检测转换开关(18)的中间端。
4、电路工作原理充电机整机电路设计简洁，见图2电原理图，所以从图中能很快看出该机电路由四部分组成1、交流输入供电电路2、设定电压充电输出电路(LED显示)3、充电时间控制报警电路4、电压检测及很少的操作开关，下面详述电路工作原理。
当整机电源开关K1开启后，交流220伏V±20％电源输入机内(充电输出电路具有良好的稳压性能，所以充许较宽的交流电压输入范围，这很适我国国情)充电电路变压器B1和电源指示报警电路变压器B2得电，B1输出7.5V交流电压，经D1-D4、C1整流滤波后为1-36路充电单元电路提供电源。B2输出2×6.3V交流电压，取一组6.3V交流电压供整机电源指示灯。另一电压经简单整流，滤波为报警器提供电源，报警器工作受数显可调时间继电器控制。
ZHK充电←→电压检测转换开关在充电位置时，并联连接的1-36路充电单元电路电源回路接通。各路电路形式相同，这里只以一路叙述。整流滤波后的直流电压经过D6、D7R1压降限流限定最大电流输入为120mA，供给LM317T输入端，R2为LED1限流电阻，与LED1串联后并联在输入端，通过M317T输出端电流大小，LED指示充电接通与充电电流强弱，电池未连通好或电池内部断路电路无输出电流，LED1不亮，充电的电池端电压达到或近LM317T输出设定电压，输出电流减少，LED1亮度减少或几乎不发光。LM317T调整端R3、R4为输出电压调整电阻，根据U0＝1.25(1＋R2/R1)式，所以将R4阻值改变或接人可调电位器就可方便的根据特殊需要设定电压或输出一定范围可调直流电源使用。LM317T内部电路完善，有短路、过热保护，所以输出不怕短路，可长期工作。LM317T内部电路工作原理在这里就不详述了，请参看资料。共36路充电输出，各负责一节电池充电，互不影响。
需要用时间控制充电时，设定好充电时间，开启K2开关，数显可调时间继电器电源接通，并以LED显示时间，到设定时间时继电器吸合，串入B1充电电源回路的常闭接点打开。切断了电源回路停止充电，另一组常开接点闭合，接通由B2提供电源的声光报警器电源回路，进行声光报警。(数显可调时间继电器为成品，这里不予介绍)ZHK充电←→电压检测转换开关在检测位时，切断了供给充电的电源回路，接通检测回路，只需操作对应电池位的轻触自复开关键，就可从2V电磁式直流电压表上得到相应电池电压读数。为了对电压读数观测方便，在电压表刻度盘上用色彩作有标记。
整机电路，充电电路短路，过流保护由B×1、B×2担任。
本实用新型与现有技术相比，其优点一是目前各类充电机结构以简易型最多，这些产品结构比较简单，只能做为一般性使用。数量较少的专业 电源厂家产品，虽然某一方面也有一些特点，但都不完善存在不足之处，如设计单一，只能供某类型电池适用，不能“一机多用”。而且充电数量都很少安放、取出充电电池很不方便，这些售价较高的充电机外设操作键纽较多，操作程序繁杂，外结构笨重设计不先进。制作与维修不方便。这些产品，设计单一，不合我国国情与适应国内众多企业单位的通用；二是本充电机以现有各类充电机结构上的长处为参考，结合国情和从多企业单位使用要求标准进行设计。在结构上能适应许多国内企业单位通用。“一机多用”对国内企业或民用最常用的1—5号单体圆柱型电池适用。安放取出充电电池操作很方便，手感好。外部操作系统与电路组合设计，具有少操作多功能。整机结构采用单元式装卸装配设计，可方便拆装，制造与维修方便。体积在保证元件安装、散热、维修空间、美观的前提下，尽量减少。搬运、安放很方便。结构设计考虑全面、新颖、美观、实用；三是整机性能上，目前使用众多的各类型充电机，普遍在设计上忽略了国情(人员素质较低，这部分人对充电常识不清楚或责任心不强。国内许多地区供电较紧张，电网波动大)这些充电机设计简单，对各类技术参数无保证，完全要靠人工辩别控制，而且基本上都不具备稳压输入、输出设计。这些充电机在以上因素条件下使用，不但充不好电、反而会将电池损坏(输入电压高时过充电、反之欠充电或充不进电)所以这些充电机就谈不上性能了；四是部分性能较好的充电机，性能各异、但普遍电路复杂，价格高，操作或使用要求较高，否则性能受到影响。只能对某一类型电池适用，不能通用。充电数量少。对充电前后电池的参数不能确认，不利合理掌握充电指标。自动化程度不高或片面。影响整体充电效果；五是本充电机整机性能因采用了先进的电子器件，并充分利用了器件的各种性能，再巧妙简洁的电路设计，具有宽的交流电压输入范围、稳定的输出充电设定电压。可长期连续在较恶劣环境工作，充电输出端不怕短路(充电电路集成电路具有短路、过热保护功能)充电型号与数量每次可充1—5号、1—36节国内常用的几种类型、型号的可充单体圆柱型电池或对其它一些电池进行寿命延长充电，而且不受充电数量、型号与充电输出连接位置的限制。可对充电前后的电池进行电压检测，检测任一位电池的电压参数或电池是否失效。整机自动化程度高，对标称端电压1.5V的电池可进行自动充电，在充电人员一时疏忽的情况下或无人监管时不把充电电池及时脱离充电机也不会对电池造成过充电而损坏。对特殊标称端电压1.2V的镉镍电池，本机针对电池性能(充许较大的电流，过充性强)用充电时间，设定控制充电，可很方便完成充电，充电完成自动切断充电，并声光报警。对特殊需要本机还能提供1.25V～7V直流电压供它用。1-36位LED显示，不但可做为电池接通指示，还有指示电池经一定时间充电端电压上升的功能，确认掌握电池是否已快充好。综上所述整机性能全面、新颖、实用、适用。
与现有各类充电机从结构、性能上相比，本自动充电机是一种适应国情、适用使用范围广、整机功能全面、自动化程度高、制造维修方便、操作简单、性能良好的新颖产品。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的后盖结构示意图。
图3是本实用新型的电路原理示意图。
附图标号说明1、机壳 2、操作控制板3、操作控制板安装锣丝 4、电池卡座安装仓
5、电池卡座 6、橡胶座脚7、电池座安装锣丝8、卡座正极输出连接帽9、卡座负极输出连接弹簧 10、后盖板11、后盖板安装孔(带机壳接地焊片)12、交流电输入插头孔 13、整机熔断器RD114、电位器安装予留孔 15、通风百叶孔16、整机电源开关K117、整机电源指示灯18、充电、电压检测转换开关ZHK19、LED显示 20、电压检测自复轻触开关21、电压检测显示直流电压表22、数显可预置时间断电器开关K223、声光一体报警器实施例图1～图3对本实用新型的一种实施例。
整机结构分为三部分1、外部结构 2、内部结构 3、电池卡座。外部结构由机壳构成了骨架(0.75mm镀锌铁皮制)安装的操作面板、电池卡座安装仓、底板和后盖，底板上装的防震、防滑橡胶脚，后盖引出电源输入线，并设有整机熔断器。为整机长期工作散热、底板和后盖均有散热孔。采用卧式设计，构成外部结构。为方便制造和维修，采用单元装卸式设计、各部分用锣丝紧固件组装连接，利用各部分相互作用构成一体，牢固可靠，可很方便将面板、电池卡座、底板、后盖进行组装和解体。面板上显示与操作开关安排合理，倾斜视角经试验后选择115°操作与观察方便。外结构几何尺寸在保证元件安放、散热、维修空间、美观的前提下尽量减少体积，以方便搬运、安放。外部操作系统、从电路设计上与元件选用上组合设计，以少操作多功能的要求为根本，得到较完美的体现。
内部结构上、元器件用印板采用卧式安装，元件耐震动，不易相互碰接造成故障。充电单元电路板安装在机器最里部，以利防尘，变压器二极管等发热元件安装靠后盖外，以利散热。为配合维修时各部分的分解，电路与外结构的电联接采用了带锁紧结构的接插件。
1-36位电池卡座(还有与之相对应的1-36只LED)按我国计数习惯(从左至右、从上到下)组装后，用锣丝很方便将组装完成的电池卡座板放入外部电池卡座仓内(可方便今后维修)当进行充电操作时，可在任意位卡座内安放1-5号充电电池。取放电池手感、电池与电路的接触，均十分良好。
后盖外设有电位器安装孔，以方便安装电位器，供需要直流可调1.25V-7V范围电源的部门作其它使用。(只做为辅助设计)后盖处设有接地联接片，可很方便进行外壳接地、防止意外触电事故。
权利要求1.一种多功能充电机，它包括插头、双联开关K1、电源变压器B1、桥式整流电路D1-D4、滤波电容及电池卡座(5)，其特征是1～36路充电单元电路(26)电源输入端a并接、电源输出端b分别经电压检测自复轻触开关(20)接各自的电池卡座的正极端、电源负极C并接接电池卡座的负极端及充电电压检测转换开关(18)的中间接线端；时间继电器SXJ的一端接B1初级线圈的一端及变压器B2初级线极圈的一端，SXJ的另一端接开关K2的一端，K2的另一端接SXJ常闭触点SXJ2-5的一端及B2初级线圈的另一端，SXJ2-5的另一端接B1初级线圈的另一端，B2次级线圈的中间抽头接指示灯ZD的一端，ZD的另一端接B2次级线圈的一端及二极管D5的负极，D5的正极接蜂鸣器SBJ的一端及电容C2的正极，C2的负极接SBJ的一端及SXJ常开触点SXJ3-6的一端，SXJ3-6的另一端接B2次级线圈的另一端。
2.根据权利要求1所述的多功能充电机，其特征是电压检测显示直流电压表(21)正极接电压检测轻触自复开关(20)一端、自复开关(20)另一端接每路输出的正极电压表(21)负极接充电电压检测转换开关(18)的一侧接线端，充电电压检测转换开关(18)的另一侧接线端接桥式整流电路的负极输出端及C1的负极。
3.根据权利要求1所述的多功能充电机，其特征是1-36路充电单元电路(26)的电路构成相同，其每一充电单元电路均由二极管D6、D7、发光二极管LED、电阻R1～R4及LM317T构成，D6的正极接桥式整流电路D1～D4的正极电压输出端及LED的正极，D6的负极接D7正极，D7的负极接R1的一端，R1的另一端接R2的一端及LM317T的输入端，LM317T的输出端接电池卡座的正极端及R3的一端，R3的另一端接LM317T的接地端及R4的一端，R4的另一端接充电电压检测转换开关(18)的中间端。
4.根据权利要求1所述的多功能充电机，其特征是电池卡座(5)上的弹簧(9)一端和负极输出连接，弹簧(9)另一端自然状态时距正极输出卡帽之间有效距离小于5号电池的长度。
专利摘要多功能自动充电机主要用于电池的充电。主要由电池电路、可预置时间继电器控制电路、声光报警电路、充检转换开关、1-36路充电单元电路及电压显示测试电路构成。优点电路结构设计新颖、简单、适应于国情，适应范围广、性能稳定，可靠成本低廉。
文档编号H02J7/10GK2219558SQ9520601
公开日1996年2月7日 申请日期1995年3月16日 优先权日1995年3月16日
发明者曹泉水 申请人:西安铁路分局宝鸡东站