CN101150258A - 充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电器，其包括座体、充电电路、触点列和显示装置，其中，该充电器进一步包括正负极检测装置，并且该触点列包括多个触点，该正负极检测装置可自动检测充电电池的正负极。本发明的充电器无需在固定充电槽上设置固定的符合充电电池正负极性接点的触点，从而提高了用户使用充电器的便利性；而且，本发明特别之处是用同一充电槽和多个触点，可以充大多数的不同牌子电池，方便用户使用不同电池产品。

Description

充电器

技术领域

本发明涉及一种充电器，尤其涉及一种可以自动检测充电电池正负极的充电器，该充电器无需设置与充电电池正负极接点电连接的固定式触点而是自动检测确定与充电电池正负极接点正确电连接的触点的，从而对充电电池进行充电。

背景技术

目前市场上的各种充电器都必须在充电槽上设有固定的符合充电电池正负极接点的触点，只有充电电池的正负极接点电连接到充电槽上的相应触点上之后，才可以对充电电池进行正确充电，这降低了用户使用充电器的便利性。尽管在市场上可以发现，有些充电器可以对不同型号的充电电池进行同时充电，但是其仅针对不同电池大小的充电电池，这些充电器在结构设计上需要设计不同的充电槽，以分别对应具有相应的充电电池。当不同大小的充电电池置入到不对应的充电槽上时，则无法对充电电池充电或者导致充电器的内部电路破坏。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种充电器，其无需设置固定的充电电池正负极接点的触点，而是在充电电池放入充电器之后，该充电器自动检测充电电池的正负极接点、并电连接到充电电路，以进行充电。

本发明的另一目的在于提供一种充电器，其无需设置固定的充电电池的正负极的电连接触点，各种大小的充电电池放入充电器的充电槽之后，该充电器自动检测各充电电池的正负极并电连接到充电电路，以对各充电电池进行充电。

本发明的再一目的在于提供一种充电器，其可以对各种包装规格的充电电池进行充电。

为实现本发明的发明目的，根据本发明的具体实施例，本发明提供一种充电器，其包括座体、充电电路和触点列，其中，该充电器进一步包括正负极检测装置，并且该触点列包括多个触点，其中该正负极检测装置可自动检测充电电池的正负极。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该正负极检测装置包括微控制器电路模块、触点列电路模块、模拟复用器模块、负极解码器电路模块、正极解码器电路模块、以及电流检测电路模块，其中，

该微控制器电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块、该充电电路以及该电流检测电路模块，通过该触点列电路模块、该模拟复用器模块、该负极解码器模块和该正极解码器模块来确定电连接于充电电池的正负极的触点，

该触点列电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块以及充电电池，

该模拟复用器模块电连接于该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块检测电连接于充电电池的正负极的触点的电压，

该负极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路负极与充电电池负极连接，

该正极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路正极与充电电池正极连接，

该电流检测电路模块电连接于该充电电路以及该微控制器电路模块，用于将充电电路的电流值发送给该微控制器电路模块。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该充电器进一步包括显示装置，该显示装置为液晶显示器或发光二极管。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该充电器进一步包括直流电源输入模块、稳压电路模块，其中该直流电源输入模块电连接于该充电电路和稳压电路模块，用于向该充电电路和稳压电路模块供电，该直流电源输入模块电连接于该微控制器电路模块和该显示装置，用于向该微控制器电路模块和该显示装置提供系统电压的电源。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，所述设置在各内壁上的触点列为具有多根探针的探针列。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，所述设置在各内壁上的触点列为具有多根外突的凸片列。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，所述探针或凸片的数量最少为三个。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，所述凹槽呈阶梯形，所述探针列设置在阶梯形凹槽的各竖直面上。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该电池放入检测电路模块为机械开关。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该电池放入检测电路模块为光遮断器。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，该微控制器模块内设有模拟数字转换装置。

为了实现本发明的发明目的，根据本发明的具体实施例，本发明提供一种正负极检测方法，其中，该方法包括以下步骤：

S1.将一个触点作为基准与充电电路的负极连接，

S2.依次逐个检测其他触点是否出现正电压，若未出现正电压节点，则进行下述步骤S3，若该触点出现正电压，则进行下述步骤S5；

S3.判断是否已将所有触点依次分别连接到充电电路负端，若并未遍历所有触点，则进行下述步骤S4；

S4.将另一触点作为基准与充电电路的负极连接，并重新进行上述步骤S2，

S5.将出现正电压的该触点作为正极与充电电路的正极连接，当前与充电电路的负极连接的触点为充电电池的负极。

根据本发明的优选实施例的技术构思，其中，在开始充电之后，检测充电电流，若电流变化不合理则更换其它触点从上述步骤S2重新进行该方法。

由此，采用本发明的充电器无需在充电槽上设置固定的符合充电电池正负极性接点的触点，从而提高了用户使用充电器的便利性。

附图说明

从以下结合附图的详细说明中，本发明的上述优点、方案及特征将变得更清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明的充电器的结构示意图；

图2示出了根据本发明充电器的电路系统模块图；以及

图3示出了根据本发明充电器的充电过程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的充电器的实施方式。图1示出了根据本发明的充电器的结构示意图；图2示出了根据本发明充电器的电路系统模块图。

如图1所示，根据本发明的充电器包括：座体100，其内设有凹槽且具有上部敞开的开口；插座200，其连接于该座体，用于连接外部电源(图未示出)；卡台300，用于固定不同大小的电池；滑槽400，设置于充电器座体内壁相对的两侧，用于调整并固定卡台的位置；滑块500，其带动卡台300沿滑槽400移动，并具有可与滑槽400固定的结构；触点列600，其突出地设置于凹槽的内壁上，设置触点列的内壁与设置滑槽的两内壁垂直，以在充电电池置入该座体内时接触充电电池的正负极接点(图未示出)，充电电池设置电极的一端与触点列紧密接触，另一端与卡台300紧密接触，以固定充电电池；电路系统(未示出)，其设置并封闭于该座体内部，与该插头和所述触点电连接，以在充电电池置入该座体内时对充电电池进行充电；以及显示装置8(发光二极管或液晶显示器)连接于该电路系统，以显示充电电池的置入情况以及充电过程的信息。

如图2所示，根据本发明的充电器的电路系统包括：直流电源输入模块10，其电连接于该插头(图未示出)；稳压电路模块9，其电连接于直流电源输入模块10；微控制器电路模块3，其电连接于稳压电路模块9；触点列电路5，其电连接于所述触点列；电池放入检测电路模块2，其电连接于微控制器电路模块3，用于检测充电电池的放入，当将充电电池放入座体时，电池放入检测电路模块2接通并由微控制器电路模块3输出相应信号，当座体中未放入充电电池或将充电电池从座体中取出时，该电池放入检测电路模块2关闭；模拟复用器模块6，其电连接于触点列电路模块5和微控制器模块3；负极解码器电路模块41，其电连接于触点列电路模块5和微控制器模块3；正极解码器电路模块42，其电连接于触点列电路模块5和微控制器模块3；充电电路模块7，其负端电连接于负极解码器电路模块41，其正端电连接于正极解码器电路模块42和直流电源输入模块10；以及电流检测电路模块11，其电连接于充电电路模块7的负端和微控制器电路模块3。

在根据本发明的充电器中，所述设置在各内壁上的触点列优选为具有多根探针的探针列或具有多个外突的凸片列，所述各个触点不预先设置正负极。充电器上每个触点的距离可设置小至1mm，因此不同大小的电池可连接充电器上的触点来充电。触点的数量没有一定的限制，可为4、8、16、32、48等，视不同型号产品而定。针对本具体实施例，该触点列600包括16个间距为1mm的触点。另外，可以设计不同的触点间距来配合不同的电池，使电池的充电接点可以与探针接触再通过电路的检测及判断来达成对电池充电的目的。

在根据本发明的充电器中，为了对各种包装规格的充电电池进行充电，该座体的凹槽可以呈阶梯形，所述触点列突出设置在阶梯形凹槽的各竖直面上。

在根据本发明的充电器中，该显示装置8电连接于稳压电路模块9和微控制器电路3模块，且显示装置优选液晶显示器或发光二极管。

在根据本发明的充电器中，直流电源输入模块10对充电电路模块7及稳压电路模块9供应电源。稳压电路模块9用于将其输入的直流电源稳压成微控制器电路模块3以及显示装置使用的电压值，以提供除了充电电路模块7直接使用外部的直流电源输入模块10的电源以外的所有控制电路的部件使用的电源。

微控制器电路模块3用于：(1)通过触点列电路模块5、模拟复用器模块6、负极解码器模块41和正极解码器模块42来确定一对正确地电连接于充电电池的正负极接点的触点；(2)在确定一对正确地电连接于充电电池的正负极接点的触点以后，控制通过这对触点以及充电电路模块7对充电电池的充电过程，并确定充电电池在充电过程中的电压及电流；以及(3)将电池放入检测电路模块2的检测结果和充电过程的信息输出至显示装置。

电流检测电路模块11用于检测充电过程的充电电流，具体地经过RC(电阻电容)滤波器后接到微控制器电路模块3内部的模拟数字转换，便可得知目前的充电电流。

模拟复用器模块6可以例如为CD4067型十六进一出的模拟复用器。其工作原理为：模拟复用器模块6依照微控制器电路模块3送到的四位信号，将十六进中的一进模拟信号接到唯一的一出，该一出信号再由微控制器3内的模拟数字转换成数字信号处理。

在根据本发明的充电器中，电池放入检测电路模块2优选机械开关或光遮断器。

以下说明利用根据本发明的充电器对充电电池进行充电的过程。图3示出了根据本发明充电器的充电过程的示意图。如图3所示，利用根据本发明的充电器对充电电池进行充电的过程包括如下步骤：

(1)如图3所示，开始进行本过程，首先接通外部直流电源，此时外部直流电源电连接于稳压电路模块以及充电电路模块，稳压电路模块将外部直流电源供给到微控制器模块，并且启动显示装置。

(2)将充电电池放在座体上，电池的正负极性接点分别接触至少一个触点，以触发电池放入检测电路模块。

(3)微控制器模块确定一对正确地电连接于充电电池的正负极接点的触点。

当充电电池放在座体时，会触发电池放入检测电路模块2，而充电电池的正负极性接点将分别接触到几个触点，此时微控制器模块3通过电池放入检测电路模块2检测到充电电池放入，微控制器模块3开始驱动负极解码器模块41，将触点列中的其中一个触点接到充电电路模块7的负端，然后进行驱动模拟复用器模块6开始搜寻其它触点有无正电压，如其它触点具有正电压，则说明该触点接触充电电池正极，然后驱动正极解码器模块42将充电电路模块7的正端接上，此时微控制器模块3内部的模拟数字转换接到电流检测电路11，得知目前的充电电流，进而使用PWM控制充电电路模块7达到理想的充电电流，并计算充电电流与电池电压的变化是否合理(若充电电路正确地电连接到充电电池的正负极接点，则充电电流将被充电电池吸收并且充电电路的电压会缓慢上升，这说明充电电流与电池电压的变化合理；如果充电电路没有正确电连接到充电电池的正负极接点，则充电电路的电压会急剧上升，这说明充电电流与电池电压的变化不合理)；若充电电流与电池电压的变化不合理，则便继续搜寻其它触点，如果所有具有正电压的触点经过微处理器的计算后全部不合理，则需要将触发该电池放入检测电路的所有触点中的另一个触点电连接于充电电路的负端，重复上述过程，即可最终确定以确定一对分别电连接于充电电池正负极触点的探针。当遍历所有触点之后，依然无法确定正确电连接充电电池正负极接点的一对触点，则输出信息至显示装置(液晶显示器或发光二极管)，提醒用户电池放置不当，此时用户只需将充电电池拿起重新放入即可，然后本发明的电路系统将重复上述步骤。

针对目前使用的锂电池，其容量大多大于0.1AH，所以优选使用0.1AH作为判断充电电流与电池电压的变化是否合理的依据，所以当电池计算出的容量大于0.1AH为合理，容量小于0.1AH则不合理。

(4)在确定一对正确地电连接于充电电池的正负极接点的触点以后，控制通过这对触点以及充电电路模块7对充电电池进行充电，在充电过程中需要检测充电电池的电压和电流、以及充电电池内封装的电池数目，并同时检测充电过程是否完成。

具体地，在确定一对正确地电连接于充电电池的正负极接点的触点以后，经由负极解码器电路模块41电连接到充电电路模块7的负端的触点、经由正极解码器电路模块42电连接到充电电路模块7的正端的触点、充电电路模块7以及充电电池形成电连接。此时，由微控制器模块3送出脉冲调制(PWM)信号到充电电路模块7，以控制充电电流，并由电流检测电路11确定目前的充电电流值。同时通过驱动模拟复用器模块6接到充电电池的正极，由微控制器模块3内部的模拟数字转换得到一电压值，再驱动模拟复用器6接到充电电池的负极，由微控制器模块3内部的模拟数字转换得到另一电压值，使两个电压值相减便得知目前的充电电池电压，从而转换得到充电电池的电压值。

当充电电池电压小于充饱电压时，微控制器模块3使用PWM控制充电电路模块7、并通过电流检测电路模块11检测目前的充电电流是否达到定电流充电，当电池电压等于充饱电压时，微控制器模块3使用PWM控制充电电路模块7、并通过电流检测电路11得知目前的充电电流达到固定电压充电，而当充电电流小于预定值时，则视为充电完成。该预定值优选50mA。

容量、充电时间、内含原电池的串联数量的计算过程举例如下。

对锂电池充电有一近似线性区即3.8V至4.2V，假设有一颗锂电池的容量为C、电压为X，当X≥3V且X＜4.2V时，使用定电流充电；若此时电池的电压X1＝3.9V，充电电流I＝1A，充电时间T＝30秒后电池的电压X2＝3.91V，定电流充电截止电压为4.2V，到达4.2V后开始定电压充电，当电池电压充到3.8V时，容量约为5％；当电池电压从3.8V充到4.2V时，容量约为80％；当定电压充电时电流降至0.05A时，视为充饱，容量约为15％，电流平均值约为I*15％，则：

80％区域的容量C(单位：AH)由下式计算：

$C=\frac{4.2-3.8}{X2-X1}\·I\·\frac{T}{3600}\·\frac{100}{80}=\frac{4.2-3.8}{3.91-3.9}\·1\·\frac{30}{3600}\·\frac{100}{80}=4.17$

80％区域的定电流充电时间TM0(单位：分钟)由下式计算：

$\mathrm{TM}0=\frac{4.2-X2}{X2-X1}\·\frac{T}{3600}=\frac{4.2-3.91}{3.91-3.9}\·\frac{30}{3600}=14.5$

15％区域的定电压充电时间TM1(单位：分钟)由下式计算：

$\mathrm{TM}1=\frac{C\·15\%}{I\·15\%}\·60=\frac{0.417\·15\%}{1\·15\%}=25.02$

充电完成时间TM(单位：分钟)由下式计算：

TM＝TM0+TM1＝14.5+25.02＝39.52

若定电流变化成I1＝0.5A，则：

80％区域的定电流充电时间TM0：

$\mathrm{TM}0=\frac{4.2-X2}{X2-X1}\·\frac{I}{I1}\·\frac{T}{60}=\frac{4.2-3.91}{3.91-3.9}\·\frac{1}{0.5}\·\frac{30}{60}=29$

15％区域的定电压充电时间TM1(单位：分钟)由下式计算：

$\mathrm{TM}1=\frac{C\·15\%}{I1\·15\%}\·60=\frac{0.417\·15\%}{0.5\·15\%}=50.04$

充电完成时间TM(单位：分钟)由下式计算：

TM＝TM0+TM1＝29+50.04＝79.04

对充电电池内封装的内电池串联数量的检测，本发明只针对内电池为一颗锂电池或两颗锂电池串联检测。一般地，一颗锂电池过充电的截止电压为4.35V，过放电的截止电压为2.3V；两颗锂电池串联时，过充电的截止电压为8.7V，过放电的截止电压为4.6V。当微控制器模块3检测到的电池电压在4.5V以上时，则说明该充电电池内封装的内电池为两颗锂电池串联；当微控制器模块3检测到的电池电压在4.5V以下时，则说明该充电电池内封装的内电池为一颗锂电池。另外，根据电池产品的不同规格，线路上可改用不同电压，用于针对不同电池产品。

如果微控制器模块3检测发现充电电池已处于饱和状态，则断开充电电路模块，并将充电电池的信息显示在显示装置(液晶显示器或发光二极管)上以提醒用户取出充电电池；充电电池已处于非饱和状态，则无需断开充电电路模块7，并进行进一步的充电，同时微控制器模块3继续计算电池的电压、容量、内含原电池串联的数量、充电完成时间，并显示在显示装置(液晶显示器或发光二极管)上。

针对多个电池充电的情况，根据本发明的充电器将触点列电路分为多组，则微控制器模块3根据上述充电过程控制其它各个模块分别对各电池进行充电。

Claims (10)

1.一种充电器，其包括座体、充电电路和触点列，其特征在于，该充电器进一步包括正负极检测装置，并且该触点列包括多个触点，其中该正负极检测装置可自动检测充电电池的正负极。

2.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，该正负极检测装置包括微控制器电路模块、触点列电路模块、模拟复用器模块、负极解码器电路模块、正极解码器电路模块、以及电流检测电路模块，其中，

该微控制器电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块、该充电电路以及该电流检测电路模块，通过该触点列电路模块、该模拟复用器模块、该负极解码器模块和该正极解码器模块来确定电连接于充电电池的正负极的触点；

该触点列电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块以及充电电池；

该模拟复用器模块电连接于该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块检测电连接于充电电池的正负极的触点的电压；

该负极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路负极与充电电池负极连接；

该正极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路正极与充电电池正极连接；以及

该电流检测电路模块电连接于该充电电路以及该微控制器电路模块，用于将充电电路的电流值发送给该微控制器电路模块。

3.如权利要求1所述的充电器，其特征在于该充电器进一步包括显示装置，其中该显示装置为液晶显示器或发光二极管。

4.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，该充电器进一步包括直流电源输入模块、稳压电路模块，其中该直流电源输入模块电连接于该充电电路和稳压电路模块，用于向该充电电路和稳压电路模块供电，该直流电源输入模块电连接于该微控制器电路模块和该显示装置，用于向该微控制器电路模块和该显示装置提供系统电压的电源。

5.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，该触点列的触点的数量最少为三个。

6.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述凹槽呈阶梯形，所述探针列设置在阶梯形凹槽的各竖直面上。

7.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，该微控制器模块内设有模拟数字转换装置。

8.一种正负极检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.将一个触点作为基准与充电电路的负极连接，

S2.依次逐个检测其他触点是否出现正电压，若未出现正电压节点，则进行下述步骤S3，若该触点出现正电压，则进行下述步骤S5；

S3.判断是否已将所有触点依次分别连接到充电电路负端，若并未遍历所有触点，则进行下述步骤S4；

S4.将另一触点作为基准与充电电路的负极连接，并重新进行上述步骤S2，

S5.将出现正电压的该触点作为正极与充电电路的正极连接，当前与充电电路的负极连接的触点为充电电池的负极。

9.如权利要求8所述的正负极检测方法，其特征在于，在开始充电之后，检测充电电流，若电流变化不合理则更换其它触点从上述步骤S2重新进行该方法。

10.一种正负极检测装置，其特征在于，该装置包括微控制器电路模块、触点列电路模块、模拟复用器模块、负极解码器电路模块、正极解码器电路模块、以及电流检测电路模块，其中：

该微控制器电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块、该充电电路以及该电流检测电路模块，通过该触点列电路模块、该模拟复用器模块、该负极解码器模块和该正极解码器模块来确定电连接于充电电池的正负极的触点；

该触点列电路模块电连接于该模拟复用器模块、该负极解码器模块、该正极解码器模块以及充电电池；

该模拟复用器模块电连接于该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块检测电连接于充电电池的正负极的触点的电压；

该负极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路负极与充电电池负极连接；

该正极解码器电路模块电连接于该充电电路、该触点列电路模块以及该微控制器电路模块，用于在该微控制器电路模块的驱动下通过该触点列电路模块将充电电路正极与充电电池正极连接；以及

该电流检测电路模块电连接于该充电电路以及该微控制器电路模块，用于将充电电路的电流值发送给该微控制器电路模块。

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