CN100385767C - 多功能镍氢、镍镉电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其包括：一设有充电槽的座体，该座体内设有充电控制电路分别与充电槽及电源输入介面形成电性连接；该充电控制电路由一电子开关将充电槽分成两组以上充电回路；当该电源输入介面通电时，电子开关自动断路，使充电槽上的数个电池自动分开，在各自充电回路分别充电，据以形成一充电器型态；当该电源输入介面不通电时，各充电回路—上的各电池自动串接输出供电，并由一设在座体侧一边的紧急供电输出介面，提供电子产品所需电源，据以形成一紧急供电器状态；以分开充电、合并使用的特征，保护充电电池，并能在缺乏外界电源时，紧急供电使用。

Description

多功能镍氢、镍镉电池充电装置

一、技术领域

本发明涉及充电装置，尤其涉及一种在充电状态时，数个电池自动分开在各自充电回路独立充电，不充电时，数组回路的各电池自动串接输出供电，形成紧急供电器状态的多功能镍氢、镍镉二次电池的充电装置。

二、背景技术

随着数字相机、游戏机、PDA、MP3、移动电话、LED照明器具等可携式电子产品需求的日益增大，对二次电池的容量也要求愈来愈大，且对充电时间要求愈短，并对充电器体积要求愈轻薄；所以，一种体积轻小又能快速充电，价格低廉又使用寿命长，并能具有多种功能于一体的充电器，成为市场所期盼的产品。

然而，目前现有的镍氢、镍镉充电器，似乎各有其优缺点，尚无法满足前述预期的功效，故乃有改进的空间。兹分别说明如后：

如图1所示，为现有串联式充电器的充电装置示意图，其是将市电AC100V至240V的交流电，通过变压器或交换式电源11，使其转换为DC的电压，由充电电路12对串联的电池B1、B2、B3、B4进行充电；这种充电模式的优点是结构简单、价格便宜，但其缺点是四个电池串联充电，当其中一颗电池充饱时，另三颗如未充饱，则会造成已充饱的电池过度充电，从而降低其使用寿命。

如图2所示，为现有一种并联式充电器的充电装置示意图，其是由充电电路12对并联的电池组B1、B2、B3、B4进行充电的模式，其优点是每一个电池的充电电压接近，没有前述串联式充电存在的过度充电或充电不饱和的缺陷；但此种并联充电模式的最大缺点是，如欲急速充电，则无法满足急速充电的要求，因为，其电子控制零件的选择与配设不易，例如充电电压为2V，每一颗并联电池充电电流为4安培，其充电电流即须16安培，而电子零件的二极管存在内阻问题；另，三极管具有压差问题，要形成低电压高电流的充电回路，会有诸多问题需要克服，例如电路板线路需达16mm以上的安全规格，不易布线，致使并联式充电器的体积无法缩小，零组件易高温发烫，且不易达到大容量急速充电的功效；故，其无法达到市场要求。如果充电电压欲提高，增加功率降低电流，但是，四个开关三极管Q1、Q2、Q3、Q4因压差问题，会发生极度高温无法克服的缺点，如果增加散热片，体积又过大且使成本提高。

所以，现有的二次电池充电器，无论串联式或并联式充电，都存在未尽完善之处，尤其是目前的充电器大都只能供镍氢/镍镉电池充电，很少能作为其他功能使用，殊为可惜，因此本发明人积极研究改进，期望能在既有的充电器结构中，不增加体积、成本及复杂零组件的前提下，使充电器也能在紧急时，成为一种供电器使用；这种需求对于并联式充电器要将四个电池串接输出电压，似乎不易达到，而四个串联的电池虽然可以达到一定的电压，但如前所述，其存在有过度充电或充电不饱和的缺点，导致寿命降低；所以，如何克服这一问题，使充电器能够达到最大充量容量，并具有紧急供电功能，为本发明所要解决的课题。

三、发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其在一可容置两个以上二次电池的充电槽上，根据分开充电、合并使用的设计思路，在充电状态时，使数个电池自动分开在各自充电回路上独立充电，以防止电池过度充电或充电不饱和的缺点；当不充电时，各组回路上的各电池自动串接输出足够电压，能够在缺乏外界电源的情况下，形成一个紧急供电器状态进行使用。

本发明的又一目的是提供一种多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其为一种携带型的供电器，外出时利用充电电池供给电子产品紧急所需的电源。

本发明的再一目的是提供一种多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其为具有多种功能的充电器，可利用充电回路的设计及不同的紧急供电输出介面，供不同电子产品使用，达到一机多功能的效果。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明多功能镍氢、镍镉电池充电装置，包括：一座体，其设有一个供容置数个电池的充电槽；一电源输入介面，是设在该座体侧边，用于连接外界的供应电源；一充电控制电路，没在该座体内，并与充电槽、电源输入介面分别形成电性连接；其特征在于：所述充电控制电路包括：一微处理器，其连接有一电流检测电路及数个PWM驱动电路；至少一电子开关，是由一个N-MOSFET及一个P-MOSFET串接组成；该充电控制电路通过电子开关，使充电槽分成两组以上的充电回路；该电子开关的N-MOSFET的源极(S)接地，栅极(G)连接输入电源，漏极(D)连接在前一充电回路的电池负极端，该P-MOSFET的源极(S)连接至N-MOSFET的漏极(D)，其栅极(G)与输入电源连接，漏极(D)连接在后一充电回路的电池正极端；当电源输入介面通电时，该电子开关的N-MOSFET呈导通(ON)状态，P-MOSFET呈断开(OFF)状态，使充电槽上的数个电池自动分开而在各自充电回路上分别充电，据以形成一充电器状态；当电源输入介面不通电时，该电子开关的N-MOSFET呈断开(OFF)状态，P-MOSFET呈导通(ON)状态，使各充电回路上的各电池自动串接输出供电，并由一设在该座体侧边的紧急供电输出介面，提供电子产品所需的电源，以形成一紧急供电器状态。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中充电槽容置两个电池，所述充电控制电路通过一个电子开关使充电槽分成两组充电回路。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中充电槽容置四个电池，所述充电控制电路通过三个电子开关使充电槽分成四组充电回路。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中充电槽容置四个电池，所述充电控制电路通过一个电子开关使充电槽分成两组充电回路，且每一个充电回路分别设有两个电池。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中紧急供电输出介面之前还包括有一个手动输出控制电路，其包括有一个多段切换开关及两个P-MOSFET，通过多段切换开关设在座体表面的拨键，控制紧急供电输出介面为断开(OFF)/导通(ON)/紧急(EMERGENCY)其中任一使用状态。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中电源输入介面为设在座体上的插头或插孔。

前述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其中紧急供电输出介面为USBPORTS或连接器。

本发明多功能镍氢、镍镉二次电池的充电装置的有益效果是：该充电控制装置通过由P-MOSFET及N-MOSFET所构成的电子开关，将充电槽分成两组以上的充电回路；当电源输入介面通电时，该电子开关自动断路，使充电槽上的数个电池自动分开成为数组分别充电，以形成一充电器状态；当电源输入介面不通电时，各充电回路上的各电池自动串接输出供电，并由一设在该座体侧边的紧急供电输出介面，提供电子产品所需的电源，据以形成一紧急供电器状态。根据前述构成，该电源输入介面包括以插头设在该座体底部或以插孔设在该座体侧边；该紧急供电输出介面包括一USB PORTS或连接器任一形式构成。

四、附图说明

图1为现有串联式充电器的实施电路图。

图2为现有并联式充电器的实施电路图。

图3A为本发明充电器一实施例外观结构侧视图。

图3B为本发明充电器一实施例外观结构主视图。

图3C为本发明充电器一实施例外观结构俯视图。

图4A为本发明充电器另一实施例分解结构侧视图。

图4B为本发明充电器另一实施例外观结构主视图。

图4C为本发明充电器另一实施例外观结构俯视图。

图5为本发明一实施例实施电路图。

图6为本发明主要电路方块图。

图7为图5所示实施电路方块图，其显示有电源时各电池分开充电的示意图。

图8为图5所示实施电路方块图，其显示没有电源时各充电回路自动串接输出的示意图。

图9为本发明另一实施例实施电路方块图，显示两个电池两个充电回路。

图10为本发明另一实施例实施电路方块图，显示四个电池两个充电回路。

图中主要标号说明：20座体、21充电槽、22电源输入介面、221插头、23紧急供电输出介面、24 LED灯、26连接线、261点烟器插头、27连接线、271变压器插头、30充电控制电路、31微处理器、32电流检测电路、33 PWM驱动电路、BAT1-BAT4充电回路、34第一电子开关、35第二电子开关、36第三电子开关、40手动输出控制电路、41多段切换开关、42P-MOSFET、43P-MOSFET。

五、具体实施方式

参阅图3A、3B、3C所示，为本发明一可行实施例，其包括有：一座体20，一设在座体上的充电槽21，该充电槽21可容置四个镍氢/镍镉二次电池B，该座体20底侧设有一电源输入介面22，本实施例所示为一插头221形式的电源输入介面，此外，在座体20侧边设有一紧急供电输出介面23，该输出介面23可为USB PORTS状态，以方便目前市售的各种电子产品连接使用；当然，也可为一般连接器形式。此外，该座体20表面设有数个LED灯24，用于显示充电槽21内的电池B的充电状态。

参阅图4A、4B、4C所示，为本发明另一可行实施例的外观结构，例如，该电源输入介面22可为插孔222，供具有点烟器插头261的连接线26及具有变压器插头271的连接线27等连接使用。该紧急供电输出介面23，可设在其中一侧边的适当位置，也可设在其中二个侧边上，以符合需求，这些变化为本发明任意配置，故不赘述。

本发明的充电槽21，由外观上看，似乎与一般充电槽无区别，而本发明的重要特征是，设在座体20的充电控制电路30，如图5所示，该充电控制电路30是连接在该电源输入介面22及充电槽21间，以对四个电池进行充电。然而，为使本发明能够作为紧急供电器使用，该四个电池必须串接输出才能具有足够的电压，这样，该四个串联电池充电时，就会出现现有技术中所述的过度充电或充电不饱和的缺点，导致影响使用寿命。为此，本发明采用一种分开充电、合并使用的设计结构，其实施电路方块图如图6所示，当电源输入介面22有电源输入时，通过三个电子开关34、35、36使其自动断路，四个电池自动分成四组充电回路充电，以避免四个电池串联充电时的缺陷，但分开充电的电池，其各自电压不够供给紧急用电所需，因此，只要充电器不充电时，各电子开关34、35、36自动导通，让原本分开充电的四组回路四个电池自动串接输出，使其具有足够电压供电。该四个电池串接后的电源可经由一手动输出控制电路40控制其电压输出，也可直接自动由紧急供电输出介面23提供电子产品使用。本发明另一实施例是，当电池正在充电时，输入电压也可不经充电控制电路30，直接连接至手动输出控制电路40，而由紧急供电输出介面23供给电子产品使用。

根据上述分开充电、合并使用的设计结构，以图7及图8所示的不同充电模式及紧急供电状况，详述如后：

首先，参阅图7所示，其显示电池正在充电的电路图，该充电控制电路30包括有：一微处理器31，其连接有一电流检测电路32及数个PWM驱动电路33，其各连接二极管D1至D4后，用于驱动各充电回路(BAT1)至(BAT4)及三个电子开关34、35、36，该三个电子开关是将四个电池分为四组充电回路(BAT1)至(BAT4)，也即在第一、二充电回路(BAT1)至(BAT2)之间，设有一第一电子开关34，第二、三充电回路(BAT2)、(BAT3)之间设有一第二电子开关35，第三、四充电回路(BAT3)、(BAT4)之间设有一第三电子开关36；以此类推，如有二个充电回路需要一个电子开关，如有八个充电回路需要七个电子开关，而本实施例所揭示的为目前充电器最普遍使用的可四个二次电池充电的形式；因此，使用三个电子开关34、35、36，而该每一个电子开关系由一个N通道(N-Channel)金属氧化半导体场效三极管(MOSFET)，简称N-MOSFET及一P通道的P-MOSFET串接所组成，且各电子开关(例如第一电子开关34)的N-MOSFET(Q10)的源极S接地，栅极连接输入电源VDD，漏极D连接在前一充电回路(例如第一充电回路BAT1)的电池负极端，而该P-MOSFET(Q1 3)的源极S则连接至N-MOSFET(Q10)的漏极D，其栅极G与输入电源VDD连接，漏极D连接在后一充电回路(例如第二充电回路BAT2)的电池正极端。第二、第三电子开关35、36的连接方法，依此类推，故不再赘述。

由此，当电源输入介面22有电时，PWM驱动电路(33)ON，该第一、第二、第三电子开关34、35、36的N-MOSFET(Q10)、(Q11)、(Q12)呈导通(ON)状，而P-MOSFET(Q13)、(Q14)、(Q15)呈断路(OFF)状，因此自动分成四组充电回路(BAT1)、(BAT2)、(BAT3)及(BAT4)，如粗黑线所指示，为充电电流的方向，分别对四个电池充电。当各充电回路(BAT1)至(BAT4)的电池充饱时，如图5所示，微处理器31由电流检测电路32获得信号，令LED灯24亮启。

参阅图8所示，其揭示电源输入介面22没有电时的电路图，此时充电槽2 1内的各电池已充饱，当充电器的电源拔除，此时充电控制电路30没有电压，各PWM驱动电路33(OFF)，于是第一、第二、第三电子开关34、35、36的N-MOSFET(Q10)、(Q11)、(Q12)呈OFF状态，而P-MOSFET(Q13)、(Q14)、(Q15)呈导通(ON)状态，第一、第二、第三、第四充电回路(BAT1)至(BAT4)上的四个电池自动串接输出供电，此时，如粗黑线所示流向紧急供电输出介面23，由于四个电池是呈串接状态，故，其可输出适当足够的电压供电子产品(例如：PDA、MP3、LED灯等)使用。当然，也可通过一DC转换AC变压器(图中未示)，将DC电压转换成AC电压，供例如PL省电灯管及CCFL冷阴极管等的AC小电子产品使用。

如前述图5至图8所示，本发明另一可行实施例，是在该紧急供电输出介面23之前，还可包括有一手动输出控制电路40，其包括有：一多段切换开关41及二个P-MOSFET(42)、(43)所组成，借助该多段切换开关41设在该座体20表面的拨键411，如图3C所示，控制该紧急供电输出介面23为OFF或ON或EMERGENCY(紧急)其中任一使用状态，其中OFF表示紧急供电输出介面23不输出任何电压，ON则表示充电中，可不经充电控制电路30，直接供电使用；EMERGENCY是表示要用到各充电回路所串接的电压，使用可依需求拨切，此种多段切换开关，为现有技术，本发明是将其运用作为电压输出控制，故不赘述。

参阅图5所示，为本发明的主要实施电路图，熟悉此项技术的人员，都可以据此进行实施；由于微处理器31、电流检测电路32及PWM驱动电路33为现有的充电电路，非本发明要求专利保护的标的，故不再赘述。本发明的特征在于，借助该电子开关的设计，将充电槽21分成四个充电回路(BAT1)至(BAT4)，且当电源拔除时，该四组充电回路的四个电池自动串接供电，形成一实用的供电器，使本发明平时是一个充电器，更可在外出或急用时，成为一个紧急供电装置，并可对各种电子产品，包括PL灯管及CCFL冷阴极管等提供所需电源，确实具有方便性及实用性。

以上，虽以四个电池四个充电回路进行说明，但是并不限定于此，以数个充电回路分开充电，而电源拔除时，通过电子开关可使数个电池自动串接输出电压的设计，都应包括在本发明的技术范畴之内；例如，图9所示，其充电器上只有两个电池，则只需一个电子开关34将其分成二个充电回路(BAT1)及(BAT2)，分开充电；当电源拔除时可以使两个电池自动串接输出。当然，也可如图10所示，由一个电子开关34，将其分成二个充电回路(BAT1)及(BAT2)，且每一个充电回路上有二颗电池，使两个两个分开充电，紧急时四个电池自动串接输出供电，由于两个电池一起充电时，目前的电流检测电路可获得饱和电压信号，基本没有过充问题，虽然没有四个分开充电精准，但在合理范围内仍可使用，故也属于本发明可实施的范围。综上，本发明所揭示的技术方案，确实具有新颖性、创造性和实用性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种多功能镍氢、镍镉电池充电装置，包括：一座体，其设有一个供容置数个电池的充电槽；一电源输入介面，是设在该座体侧边，用于连接外界的供应电源；一充电控制电路，设在该座体内，并与充电槽、电源输入介面分别形成电性连接；其特征在于：所述充电控制电路包括：一微处理器，其连接有一电流检测电路及数个PWM驱动电路；至少一电子开关，是由一个N-MOSFET及一个P-MOSFET串接组成；该充电控制电路通过电子开关，使充电槽分成两组以上的充电回路；该电子开关的N-MOSFET的源极(S)接地，栅极(G)连接输入电源，漏极(D)连接在前一充电回路的电池负极端，该P-MOSFET的源极(S)连接至N-MOSFET的漏极(D)，其栅极(G)与输入电源连接，漏极(D)连接在后一充电回路的电池正极端；当电源输入介面通电时，该电子开关的N-MOSFET呈导通(ON)状态，P-MOSFET呈断开(OFF)状态，使充电槽上的数个电池自动分开而在各自充电回路上分别充电，据以形成一充电器状态；当电源输入介面不通电时，该电子开关的N-MOSFET呈断开(OFF)状态，P-MOSFET呈导通(ON)状态，使各充电回路上的各电池自动串接输出供电，并由一设在该座体侧边的紧急供电输出介面，提供电子产品所需的电源，以形成一紧急供电器状态。

2.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述充电槽容置两个电池，所述充电控制电路通过一个电子开关使充电槽分成两组充电回路。

3.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述充电槽容置四个电池，所述充电控制电路通过三个电子开关使充电槽分成四组充电回路。

4.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述充电槽容置四个电池，所述充电控制电路通过一个电子开关使充电槽分成两组充电回路，且每一个充电回路分别设有两个电池。

5.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述紧急供电输出介面之前还包括有一个手动输出控制电路，其包括有一个多段切换开关及两个P-MOSFET，通过多段切换开关设在座体表面的拨键，控制紧急供电输出介面为断开(OFF)/导通(ON)/紧急(EMERGENCY)其中任一使用状态。

6.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述电源输入介面为设在座体上的插头或插孔。

7.根据权利要求1所述的多功能镍氢、镍镉电池充电装置，其特征在于，所述紧急供电输出介面为USB PORTS或连接器。

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