專利名稱：電池充電裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，特別是一種對鎳氫、鎳鎘等電池實現(xiàn)低成本高性能恒流、脈
沖、限壓、限時充電的電池充電裝置及其方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，電池也在越來越多的產(chǎn)品和場合得到了廣泛應(yīng) 用。目前，對鎳氫、鎳鎘電池充電，恒流限壓是很經(jīng)典的充電方法。因為鎳氫、鎳鎘電池的殘 留記憶效應(yīng)很強，采用脈沖充電方式更有利電池的充電效率和使用壽命。另外對鎳氫、鎳鎘 電池的最大充電時間進行限制，對電池的使用壽命也相當重要。 在現(xiàn)有的各種充電電路中，大部分只是實現(xiàn)了其中的一種或幾種組合，如有的電 路能實現(xiàn)恒流，但沒有限壓或脈沖充電；有的能實現(xiàn)限壓，但沒有恒流或者脈沖充電的功 能。有的充電電路雖然可以以脈沖充電方式充電，但無法實現(xiàn)恒流或限壓充電。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)恒流、脈沖、限壓、限時充電的電池充 電裝置。 本發(fā)明解決的另一技術(shù)問題是提供采用上述電池充電裝置的電池充電方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種電池充電裝置，包括一充電控制單 元、一基準電壓產(chǎn)生單元、一該開關(guān)單元、一電流控制電路和一空載檢測電路，該基準電壓 產(chǎn)生單元、該該開關(guān)單元、該電流控制電路和一空載檢測電路均連接到該充電控制單元，該 基準電壓產(chǎn)生單元用于提供基準電壓，該充電控制單元用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓， 以及配合該空載檢測電路檢測外部電池電壓，并和該開關(guān)單元配合對外部電池進行充電。
本發(fā)明電池充電裝置中，該電流控制電路包括一第一 電容和一第一 電阻，該第一 電容和該第一電阻串聯(lián)在該充電控制單元和地之間，該第一電容作為充電電流控制電容。
本發(fā)明電池充電裝置中，基準電壓產(chǎn)生單元連接在電源電壓和地之間，用于產(chǎn)生 一基準電壓值，該電池充電裝置還包括一 電源濾波電路，該電源濾波電路包括一第二電容 和一第三電容，該第二電容和該第三電容并聯(lián)在電源電壓和地之間。 本發(fā)明電池充電裝置中，該開關(guān)單元包括一充電開關(guān)、一電容放電開關(guān)、一第二電 阻和一第三電阻，該充電控制單元包括一電源輸入端、一接地端、一參考電壓輸入引腳、一 基準電壓檢測引腳、一電池電壓檢測引腳、一電容電壓檢測引腳、一充電控制端和一電容放 電控制端，該充電開關(guān)的基極通過該第二電阻連接到該充電控制端，該電容放電開關(guān)的基 極通過該第三電阻連接到該電容放電控制端，外部電池的負極依次通過該充電開關(guān)的集電 極連接到該充電開關(guān)的發(fā)射極，該充電開關(guān)的發(fā)射極依次通過該電容放電開關(guān)的集電極和 發(fā)射極接地，該第一電阻連接到該充電開關(guān)的發(fā)射極，該電源輸入端連接電源電壓，該接地 端接地。 本發(fā)明電池充電裝置中，該空載檢測電路包括一第四電阻，該第四電阻連接在電
4源電壓和該電池電壓檢測弓I腳之間。 本發(fā)明電池充電裝置中，該參考電壓輸入引腳與電源正極相連，該基準電壓檢測 引腳與該基準電壓產(chǎn)生器的輸出相連，用以檢測基準電壓，然后推算進入該參考電壓輸入 引腳的電壓，該電池電壓檢測引腳與充電電池負極相連，用于檢測外部電池的電壓，該電容 電壓檢測引腳與該電流控制電路的第一電容連接，用于檢測該第一電容兩端電壓，該充電 控制端通過該第二電阻與該充電開關(guān)連接，其用于輸出高低電平信號以控制該充電開關(guān)的 導(dǎo)通和截止，該電容放電控制端通過該第三電阻與該電容放電開關(guān)連接，其用于輸出高低 電平信號以控制該電容放電開關(guān)的導(dǎo)通和截止。 本發(fā)明電池充電裝置中，充電過程中外部電池與該第一電容是串聯(lián)關(guān)系，即充電 電流同時流經(jīng)該電池和該第一 電容。 本發(fā)明電池充電裝置中，控制每次充放電電壓和周期，就能準確控制平均電流的 大小。 本發(fā)明電池充電方法包括測試電池電壓，看電池槽是否有電池在線，否的話則清 除電池滿標志并設(shè)置最大充電時間；電池充滿的標志是否已經(jīng)置位，否則看電池電壓是否 已到設(shè)定值；調(diào)節(jié)充電電流為涓流充電或停止并啟動充電滿指示燈；調(diào)節(jié)充電電流為正常 充電電流并啟動正在充電指示燈。 本發(fā)明電池充電方法中，調(diào)節(jié)充電電流為涓流充電或停止并啟動充電滿指示燈還 包括看最大充電時間是否到，沒有達到則調(diào)節(jié)充電電流為正常充電電流并啟動正在充電指 示燈。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明電池充電裝置包括該充電控制單元、該基準電壓產(chǎn)生單 元、該電源濾波電路、該開關(guān)單元、該電流控制電路和該空載檢測電路。該基準電壓產(chǎn)生單 元用于提供基準電壓，該充電控制單元用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓，以及配合該空載 檢測電路檢測充電電池電壓，并和該開關(guān)單元配合對電池進行充電，實現(xiàn)脈沖限壓充電。該 電流控制電路用于控制該電池充電電流，實現(xiàn)恒流充電。另外，該充電控制單元還可以設(shè)定 最大充電時間，因此，該電池充電裝置實現(xiàn)恒流、脈沖、限壓、限時充電的功能。
圖1是本發(fā)明電池充電裝置一較佳實施方式的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明電池充電裝置另一實施方式的工作流程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1 ，是本發(fā)明電池充電裝置一較佳實施方式的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該電池充 電裝置1包括一充電控制單元10、一基準電壓產(chǎn)生單元20、一電源濾波電路30、一開關(guān)單 元40、一電流控制電路50、、一空載檢測電路60、一正極連接點B+和一負極連接點B-。該 正極連接點B+接收來自電源電壓V+電壓， 該電池充電裝置1可以接收外部電源電壓V+并為外部電池70充電。該基準電壓 產(chǎn)生單元20用于提供基準電壓，該充電控制單元10用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓，以及 配合該空載檢測電路60檢測充電電池70電壓，并和該開關(guān)單元40配合對電池70進行充 電，該電流控制電路50用于控制該電池70充電電流。另外，該充電控制單元10還可以設(shè)定最大充電時間。 該電流控制電路50包括一第一電容C1和一第一電阻R1。該第一電容C1和該第 一電阻R1串聯(lián)在該充電控制單元10和地之間。該第一電容C1作為充電電流控制電容。
該基準電壓產(chǎn)生單元20連接在電源電壓V+和地之間，用于產(chǎn)生一基準電壓值。
該開關(guān)單元40包括一充電開關(guān)TR1、一電容放電開關(guān)TR2、一第二電阻R2和一第 三電阻R3。該空載檢測電路60包括一第四電阻R4。該電源濾波電路30包括一第二電容 C2和一第三電容C3，該第二電容C2和該第三電容C3并聯(lián)在電源電壓V和地之間。
該充電控制單元10包括一電源輸入端VCC、一接地端GND、一參考電壓輸入引腳 AD_M_Ref 、 一基準電壓檢測弓I腳B_M_AD、 一電池電壓檢測弓|腳V_Bat_AD、 一電容電壓檢測 引腳V—Cap—AD、一充電控制端Charge和一電容放電控制端C_Discharge。
該充電開關(guān)TR1的基極通過該第二電阻R2連接到該充電控制端Charge,該電容 放電開關(guān)TR2的基極通過該第三電阻R3連接到該電容放電控制端C—Discharge。該電池 70的負極依次通過該負極連接點B-、該充電開關(guān)TR1的集電極連接到該充電開關(guān)TR1的發(fā) 射極。該充電開關(guān)TR1的發(fā)射極依次通過該電容放電開關(guān)TR2的集電極和發(fā)射極接地。該 第一電阻R1連接到該充電開關(guān)TR1的發(fā)射極。該電源輸入端VCC連接電源電壓，該接地端 GND接地。該第四電阻R4連接在電源電壓和該充電控制單元之間。 該參考電壓輸入引腳AD—M—Ref與電源正極相連。該基準電壓檢測引腳B_M_AD 與該基準電壓產(chǎn)生器的輸出相連，用以檢測基準電壓，然后推算進入該參考電壓輸入引腳 (AD_M_Ref)的電壓，即電源正極電壓。該電池電壓檢測引腳V—Bat—AD與充電電池負極相 連，用于檢測充電電池70的電壓。該電容電壓檢測引腳V—C即—AD與該電流控制電路50的 第一電容Cl連接，用于檢測該第一電容Cl兩端電壓。該充電控制端Charge通過該電阻R2 與該充電開關(guān)TR1連接，其用于輸出高低電平信號以控制該充電開關(guān)TR1的導(dǎo)通和截止。該 電容放電控制端C—Discharge通過該電阻R3與該電容放電開關(guān)TR2連接，其用于輸出高低 電平信號以控制該電容放電開關(guān)TR2的導(dǎo)通和截止。
該電池充電裝置正常工作時
關(guān)于充放電過程 首先，該第一電容C1放電該充電控制單元10的充電控制端Charge輸出低電平， 該電容放電控制端C—Discharge輸出高電平；放電電流依次通過該第一電容Cl的正極、該 第一電阻R1、該電容放電開關(guān)TR2和該第一電容C1的負極構(gòu)成放電回路。將該第一電容 Cl放電持續(xù)時間記為"Td"。 然后，該電池70與該第一電容C1串聯(lián)充電。該充電控制單元10的電容放電控制 端C_Discharge輸出低電平，充電控制端Charge輸出高電平。充電電流依次通過電源正極、 該電池70正極、該充電開關(guān)TR1、該第一電阻Rl、該第一電容Cl接地構(gòu)成充電回路。
從上面充放電回路可以看出，充電過程中該電池70與該第一電容C1是串聯(lián)關(guān)系， 即充電電流同時流經(jīng)該電池70和該第一電容Cl。將充電持續(xù)時間記為"Tc"。
關(guān)于恒流控制過程 如上所述，該第一電容Cl充電時與該電池70串聯(lián)同時充電，放電時該第一電容Cl 與該電池70斷開，該電池70不放電。 原理以電容量為C的改第一電容C1充放電來計算電流，每次充電到Vc，然后放電到零，這樣單次充電電量為Q = C*Vc。若控制周期為T，則平均電流I = Q/T = C*Vc/T。 根據(jù)上述原理，在充放電過程中，只要控制住每次充放電電壓和周期，就能準確控
制平均電流的大小。 關(guān)于電池電壓檢測過程 該充電控制單元10的充電控制端Charge輸出低電平，電容放電控制端C— Discharge輸出低電平。 啟動該充電控制單元10的內(nèi)部A/D模塊 切換到模擬通道中的該基準電壓檢測引腳B—M—AD，采樣基準電壓，啟動轉(zhuǎn)換，保留 AD結(jié)果，記為AD1 ; 切換到模擬通道中的電池電壓檢測弓I腳V_Bat_AD，采樣電池負極電壓，啟動轉(zhuǎn)換， 保留AD結(jié)果，記為AD2 ; 根據(jù)上面兩次采樣的結(jié)果，先計算電源正極對地電壓
V+ = V_BM*AD_Max/ADl 因為電池70正極與電源正極相連，根據(jù)模擬通道V_Bat_AD對電池負極采樣的AD
值A(chǔ)D2，計算電池電壓為 V_Bat = V+*(AD_Max_AD2) 其中，V+是電源電壓，V_Bat是電池電壓，V_BM是基準電壓，AD_Max是AD模塊的 最大取值，AD1是上述檢測過程中模擬通道B—M—AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果，AD2是上述檢測過程中模擬 通道V—Bat—AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 關(guān)于該第一電容Cl兩端電壓檢測過程該第一電容Cl充放電時兩端的電壓檢測 過程與上述電池70電壓檢測過程基本相同，但要切換到相應(yīng)的模擬通道電容電壓檢測引 腳V—C即—AD，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果，記為AD3，因為電容負極與電源負極相連，計算電容兩 端電壓 V_Cap = V+*AD3/AD_Max。 關(guān)于最大時間限制使用單片微處理器或者具備此功能的專用IC作為該充電控
制單元io，可以很方便的設(shè)計出定時器功能，最大充電時間可以根據(jù)需要任意設(shè)定。 在本實施方式中，該充電開關(guān)TR1和該電容放電開關(guān)TR2可以是三極管。該充電 控制單元IO可以是微控制器。 在本發(fā)明電池充電裝置的變更實施方式中，還可以包括多個指示燈用于指示電池 充放電狀態(tài)以及用于放置充電電池的電池槽。 請同時參閱圖2，是本發(fā)明電池充電裝置另一實施方式的工作流程示意圖。開始 后，測試電池電壓，看電池槽是否有電池在線，否的話則清除電池滿標志并設(shè)置最大充電時 間，準備下次充電。如果是的話則看電池充滿的標志是否已經(jīng)置位，是則調(diào)節(jié)充電電流為涓 流充電或停止并啟動充電滿指示燈；否則看電池電壓是否已到設(shè)定值，是則置位電池滿標 志，否則看最大充電時間是否到，是的話還是置位電池滿標志，否則調(diào)節(jié)充電電流為正常充 電電流并啟動正在充電指示燈。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明電池充電裝置1包括該充電控制單元10、該基準電壓產(chǎn) 生單元20、該電源濾波電路30、該開關(guān)單元40、該電流控制電路50和該空載檢測電路60。 該基準電壓產(chǎn)生單元20用于提供基準電壓，該充電控制單元10用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓，以及配合該空載檢測電路60檢測充電電池70電壓，并和該開關(guān)單元40配合對電 池70進行充電，該電流控制電路50用于控制該電池70充電電流。另外，該充電控制單元 IO還可以設(shè)定最大充電時間，因此，該電池充電裝置1能夠?qū)崿F(xiàn)恒流、脈沖、限壓、限時充電 的功能。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
一種電池充電裝置，其特征在于包括一充電控制單元、一基準電壓產(chǎn)生單元、一該開關(guān)單元、一電流控制電路和一空載檢測電路，該基準電壓產(chǎn)生單元、該該開關(guān)單元、該電流控制電路和一空載檢測電路均連接到該充電控制單元，該基準電壓產(chǎn)生單元用于提供基準電壓，該充電控制單元用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓，以及配合該空載檢測電路檢測外部電池電壓，并和該開關(guān)單元配合對外部電池進行充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池充電裝置，其特征在于該電流控制電路包括一第一電容和一第一電阻，該第一電容和該第一電阻串聯(lián)在該充電控制單元和地之間，該第一電容作為充電電流控制電容。
3. 如權(quán)利要求2所述的電池充電裝置，其特征在于基準電壓產(chǎn)生單元連接在電源電壓和地之間，用于產(chǎn)生一基準電壓值，該電池充電裝置還包括一 電源濾波電路，該電源濾波電路包括一第二電容和一第三電容，該第二電容和該第三電容并聯(lián)在電源電壓和地之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的電池充電裝置，其特征在于該開關(guān)單元包括一充電開關(guān)、一電容放電開關(guān)、一第二電阻和一第三電阻，該充電控制單元包括一電源輸入端、一接地端、一參考電壓輸入引腳、一基準電壓檢測引腳、一電池電壓檢測引腳、一電容電壓檢測引腳、一充電控制端和一電容放電控制端，該充電開關(guān)的基極通過該第二電阻連接到該充電控制端，該電容放電開關(guān)的基極通過該第三電阻連接到該電容放電控制端，外部電池的負極依次通過該充電開關(guān)的集電極連接到該充電開關(guān)的發(fā)射極，該充電開關(guān)的發(fā)射極依次通過該電容放電開關(guān)的集電極和發(fā)射極接地，該第一電阻連接到該充電開關(guān)的發(fā)射極，該電源輸入端連接電源電壓，該接地端接地。
5. 如權(quán)利要求4所述的電池充電裝置，其特征在于該空載檢測電路包括一第四電阻，該第四電阻連接在電源電壓和該電池電壓檢測引腳之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的電池充電裝置，其特征在于該參考電壓輸入引腳與電源正極相連，該基準電壓檢測引腳與該基準電壓產(chǎn)生器的輸出相連，用以檢測基準電壓，然后推算進入該參考電壓輸入引腳的電壓，該電池電壓檢測引腳與充電電池負極相連，用于檢測外部電池的電壓，該電容電壓檢測引腳與該電流控制電路的第一電容連接，用于檢測該第一電容兩端電壓，該充電控制端通過該第二電阻與該充電開關(guān)連接，其用于輸出高低電平信號以控制該充電開關(guān)的導(dǎo)通和截止，該電容放電控制端通過該第三電阻與該電容放電開關(guān)連接，其用于輸出高低電平信號以控制該電容放電開關(guān)的導(dǎo)通和截止。
7. 如權(quán)利要求2所述的電池充電裝置，其特征在于充電過程中外部電池與該第一電容是串聯(lián)關(guān)系，即充電電流同時流經(jīng)該電池和該第一電容。
8. 如權(quán)利要求7所述的電池充電裝置，其特征在于控制每次充放電電壓和周期，就能準確控制平均電流的大小。
9. 一種電池充電方法，包括測試電池電壓，看電池槽是否有電池在線，否的話則清除電池滿標志并設(shè)置最大充電時間；電池充滿的標志是否已經(jīng)置位，否則看電池電壓是否已到設(shè)定值；調(diào)節(jié)充電電流為涓流充電或停止并啟動充電滿指示燈；調(diào)節(jié)充電電流為正常充電電流并啟動正在充電指示燈。
10. 如權(quán)利要求9所述的電池充電方法，其特征在于調(diào)節(jié)充電電流為涓流充電或停止并啟動充電滿指示燈還包括看最大充電時間是否到，沒有達到則調(diào)節(jié)充電電流為正常充電電流并啟動正在充電指示燈。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池充電裝置，包括一充電控制單元、一基準電壓產(chǎn)生單元、一該開關(guān)單元、一電流控制電路和一空載檢測電路，該基準電壓產(chǎn)生單元、該該開關(guān)單元、該電流控制電路和一空載檢測電路均連接到該充電控制單元，該基準電壓產(chǎn)生單元用于提供基準電壓，該充電控制單元用于根據(jù)基準電壓檢測電源電壓，以及配合該空載檢測電路檢測外部電池電壓，并和該開關(guān)單元配合對外部電池進行充電。本發(fā)明還提供一種采用上述電池充電裝置的電池充電方法。
文檔編號H02J7/00GK101795009SQ20091018988
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者劉建偉, 李先虎, 蔣洪波 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司