CN102055227A - 电池充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池充电器，所述电池充电器具有异常情况检验功能，以检验二次电池的非故意充电或意外充电。当在电源与电池之间插入的开关元件并且接通电池时，充电电路为电池充电。当没有通过接通开关元件来为电池充电时，检测在充电电路中流动的电流。当在这种情况下检测到电流时，产生异常性信号以使禁用充电电路。

Description

电池充电器

技术领域

本申请涉及一种用于对可再充电(二次)电池进行充电的电池充电器。

背景技术

编号为2004-187366的日本专利申请公开公开了一种电池充电器，其中，在连接开关电源和可再充电电池的输出线中插入诸如继电器之类的开关元件。当没有对电池执行充电时，开关元件关闭。因此，电池与输出线断开并且被置于禁止充电状态。在开始充电操作之前，不为电池提供来自开关电源的电力。在充电操作完成之后不执行对电池的供电。

然而，尽管电池充电器处于禁止充电状态，仍可能意外地为电池提供来自开关电源的电力，从而导致发生电池的非故意充电。这种以外充电可能由于电池充电器的故障而发生。

如果微型计算机控制的电池充电器被配置为具有自动时间到期时充电停止功能，则可以防止电池的非故意充电。具体地，当从充电开始过去了预定的时间段时，在微型计算机中提供的定时器被配置为时间到期时，根据定时器的时间到期来停止充电操作。

然而，对上述问题的解决方案并不适用于没有内置微型计算机的电池充电器。这种电池充电器通常不如微型计算机控制的电池充电器昂贵。为了实现自动到时充电停止功能而将廉价的电池充电器修改为具有微型计算机提高了电池充电器的成本。不仅是电池充电器，电池也可能发生故障或异常。传统上，基于为电池提供的充电电压或充电电流，在充电操作期间来执行电池的异常检验。因此，在充电操作开始之前不能发现电池的异常。希望在充电操作开始之前发现电池的异常。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种电池充电器，可以以低成本为该电池充电器添加电池异常检验功能。

本发明的另一目的是提供一种电池充电器，该电池充电器能够在充电停止状态下或在充电操作开始之前发现电池的异常。

为了实现本发明的上述和其他目的，提供了一种电池充电器，包括：

电池连接部分，能连接至要再充电的二次电池；

充电电路，被配置为对二次电池充电；

电流检测部分，被配置为当已停止对二次电池充电时检测在充电电路中流动的电流；以及

信号输出部分，被配置为当电流检测部分检测到电流时输出异常性信号。

电池充电器还可以包括：中断部分，被配置为基于从信号输出部分输出的异常性信号来中断对充电电路的供电。

电池充电器还可以包括：电池检测部分，被配置为检测二次电池与电池连接部分的连接，其中，当电池检测部分执行的检测指示二次电池没有连接至电池连接部分时，电流检测部分检测充电电路中流动的电流。

电池充电器还可以包括：温度检测部分，被配置为检测二次电池的温度；以及充电停止部分，被配置为根据温度检测部分检测到的温度来停止对二次电池充电，其中，当充电停止部分停止对二次电池充电时，电流检测部分检测充电电路中流动的电流。

根据本发明的另一方面，提供了一种电池充电器，包括：

电池连接部分，能连接至要再充电的二次电池；

充电电路，被配置为对二次电池充电；

充电转换部分，被配置为将充电状态转换为充电停止状态，以及将充电停止状态转换为充电状态，其中，在充电状态下由充电电路为二次电池充电，而在充电停止状态下不为二次电池充电；

电流检测部分，被配置为当充电转换部分将充电状态转换为充电停止状态时，检测在充电电路中流动的电流；以及

信号输出部分，被配置为当电流检测部分检测到电流时输出异常性信号。

电池充电器还可以包括：中断部分，被配置为基于从信号输出部分输出的异常性信号来中断对充电电路的供电。

电池充电器还可以包括：电池检测部分，被配置为检测二次电池与电池连接部分的连接，其中，当电池检测部分执行的检测指示二次电池没有连接至电池连接部分时，充电转换部分将充电状态转换为充电停止状态。

电池充电器还可以包括：温度检测部分，被配置为检测二次电池的温度，其中，充电转换部分根据温度检测部分检测到的温度将充电状态转换为充电停止状态。

根据本发明的另一方面，提供了一种电池充电池，包括：

开关电源，对要再充电的二次电池供电；

充电接通/断开确定电路，基于二次电池的定性信息来确定是否对二次电池充电；

充电电流检测电路，检测为了再充电而向二次电池提供的充电电流；

充电电流检测控制部分，被配置为控制充电电流检测电路执行或不执行充电电流的检测；以及

禁用部分，当充电电流检测电路检测到充电电流时，禁用开关电源，

其中，当充电接通/断开确定电路确定对二次电池充电时，充电电流检测控制部分不允许充电电流检测部分执行对充电电流的检测，而当充电接通/断开确定电路确定不为二次电池充电时，充电电流检测控制部分允许充电电流检测部分执行对充电电流的检测。

优选地，所述定性信息是与二次电池的温度有关的信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种电池充电器，包括：

电池连接部分，能连接至要再充电的二次电池；

充电电路，被配置为对二次电池充电；

电流检测部分，被配置为检测充电电路中流动的电流；

充电转换部分，被配置为将充电状态转换为充电停止状态，以及将充电停止状态转换为充电状态，其中，在充电状态下由充电电路对二次电池充电，而在充电停止状态下不对二次电池充电；

电流检测控制部分，被配置为当充电转换部分将充电状态转换为充电停止状态时，允许电流检测部分检测在充电电路中流动的电流；以及

信号输出部分，被配置为当电流检测部分检测到电流时输出异常性信号。

附图说明

通过以下结合附图的描述，本发明的特定特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1是示出了根据本发明一个实施例的电池充电器的电路图；以及

图2是示出了图1所示的电池充电器的操作顺序的流程图。

具体实施方式

将参考附图来描述根据本发明一个实施例的电池充电器100。

在该实施例中，电池充电器100用于为电池包(battery pack)2充电。电池充电器100具有可以与电池包2相连的电池连接部分80。电池包2包含串联的多个可再充电或二次电池单元(下文中称作“电池2a”)以及热敏电阻器2b。当电池包2连接至电池连接部分80时，电池2a和热敏电阻器2b连接至电池充电器100的对应端子。在电池包连接状态下，热敏电阻器2b的一个端子连接至电池2a的负端子，热敏电阻器2b的另一个端子通过电池连接部分80连接至电池温度检测部分3。如现有技术中已知的，热敏电阻器是电阻随温度而显著变化的电阻器类型，用作温度传感器。

提供了电池温度检测部分3用于检测电池2a的温度，在本实施例中，电池温度检测部分3被配置为根据热敏电阻器2b指示的温度来选择性地输出低电平信号和高电平信号。当电池温度较高或在预定值以上时，输出高电平信号，而当电池温度较低或在预定值以下时，输出低电平信号。低电平信号的输出指示允许充电。另一方面，高电平信号的输出指示禁止或停止充电。尽管根据该实施例的电池温度检测部分3是如上所述来配置的，然而温度检测部分3可以被配置为仅当电池温度在预定值以上时才输出信号。相反，可以仅当电池温度等于或在预定值以下时，从温度检测部分3输出信号。

电池充电器100包括由电阻器4a、4b、4c和运算放大器4d组成的充电电流检测部分4。运算放大器4d具有通过电阻器4c与分路电阻器60i的一个端子相连的反相输入端子以及通过电阻器4b与分路电阻器60i的另一端子相连的非反相输入端子。电阻器4a连接在运算放大器4d的输出端子与反相输入端子之间的反馈路径中。在分路电阻器60i两端产生与该分路电阻器60i中流动的电流相对应的电压。利用运算放大器4d对在分路电阻器60i两端产生的电压进行反相放大，从电流检测部分4输出结果信号。即，当充电电流流过时，从充电电流检测部分4产生表示充电电流电平的信号，而当充电电流没有流过时，从充电电流检测部分4得不到输出。

结合充电电流检测部分4提供充电电流检测控制部分5。充电电流检测控制部分5由电阻器5a和N型FET 5b、5c组成。温度检测部分3的输出端子连接至FET 5b的栅极。FET 5b具有通过电阻器5a连接至电源的漏极以及接地的源极。FET 5c具有：与电阻器5a与FET 5b之间的结点相连的栅极，与充电电流检测部分4的输出相连的漏极，以及接地的源极。

如上所述，当由于电池2a的高温度而不允许对电池2a充电时，从电池温度检测部分3输出高电平信号。将该高电平信号施加到FET 5b的栅极，从而使FET 5b导通。因此，使FET 5c截止。相应地，当充电电流检测部分4检测到充电电流时，部分4可以输出表示充电电流电平的信号。另一方面，当由于电池温度等于或低于预定值而允许对电池2a充电时，温度检测部分3输出低电平信号。将该低电平信号施加到FET 5b的栅极，从而使FET 5b截止。通过电阻器5a对FET 5c的栅极施加电压，使得FET 5c导通，并且即使在FET 5c中检测到充电电流，也没有信号从充电电流检测部分4输出。以这种方式，电池充电器100被配置为使得当允许对电池2a充电时无法检测到充电电流，而当不允许对电池2a充电时可以检测到充电电流。

电池充电器100还包括开关部分6和开关控制部分7。将开关部分6插入在开关电源(稍后描述的)与电池包2之间。开关控制部分7连接至开关部分6以控制开关部分6，电池温度检测部分3连接至开关控制部分7以向开关控制部分7输出高电平信号或低电平信号。开关部分6用于对从开关电源向电池2a的供电进行接通/断开控制。在该实施例中，开关部分6由继电器配置。然而，其他开关元件可以用在开关部分6中。开关控制部分7控制是否要将电池2a连接至开关电源。在该实施例中，基于来自电池温度检测部分3的信号，当允许对电池2a充电时，将继电器8接通以允许向电池2a供电。另一方面，当不允许对电池2a充电时，将继电器8断开，使得不为电池2a供电。

提供了用作信号发送装置的第一光电耦合器8，以向开关控制IC23反馈在二次整流/平滑电路30中流动的充电电压控制信号和充电电流控制信号。

电池充电器100还包括由第二光电耦合器的发光部分9a和N型FET 9b组成的开关控制IC停止部分9。充电电流检测部分4的输出连接至FET 9b的栅极。发光部分9a和FET 9b连接在变压器21(稍后将描述)的次级侧的正线与地之间。当FET 9b导通时，光从发光部分9a发出并在关联的开关控制IC停止部分26中的光接收部分26b处被缓和地(dully)接收。

如上所述，当允许对电池2a充电时，即，当继电器6接通时，充电电流检测部分4检测到充电电流。然而，充电电流检测控制部分5中断对充电电流检测部分4检测到的充电电流加以指示的信号的输出。另一方面，当禁止对电池充电时，即，当继电器断开时，如果充电电流检测部分4应当检测充电电流，则充电电流检测控制部分5输出对充电电流检测部分4检测到的充电电流加以指示的信号。

当电池充电器100正常工作时，在不允许对电池2a充电时将继电器6断开。因此，充电电流检测部分4检测不到充电电流。然而，除了不允许对电池2a充电以外，继电器6出于其他原因而接通，电池2a被非故意充电。那么充电电流检测部分4检测充电电流并输出指示检测到充电电流的信号。将从充电电流检测部分4输出的信号施加到开关控制IC停止部分9中的FET 9b的栅极。通过第二光电耦合器9a、26b将电池2a被意外或非故意充电的情况发送至禁用部分26。因此，禁用MOSFET22(稍后将描述)并不继续对电池2a进一步充电。在这种配置下，确保停止电池2a的非故意或意外充电。

电池充电器100包括主侧整流/平滑电路10，所述主侧整流/平滑电路10由全波整流器11以及连接在全波整流器11两端的平滑电容器12组成。电池充电器100还包括开关电路20和高频变压器21。开关电路20包括MOSFET 22、开关控制IC 23、启动电阻器24、恒压电路25以及禁用电路26。

高频变压器21具有一次绕组21a、二次绕组21b、三次绕组21c和四次绕组21d。对一次绕组21a施加输入电压。将在二次绕组21b两端感生的输出电压施加至开关控制IC 23。将在三次绕组21c两端感生的输出电压施加至电池2a，以对电池2a充电。在四次绕组21d两端感生的输出电压用于为电池充电器的不同部件(如，恒压电路40)供电。二次绕组和四次绕组21b、21d的极性与一次绕组21a的极性相同，三次绕组21c的极性与一次绕组的极性相反。

开关控制IC 23用于通过改变施加至MOSFET 22的栅极的驱动脉冲宽度来调节施加至电池2a的输出电压，被称作为PWM控制。恒压电路25用于向开关控制IC 23提供恒定电压，并且由二极管25a、电容器25b、电阻器25c、晶体管25d和齐纳二极管25e组成。通常，向开关控制IC23施加等于齐纳二极管25e两端产生的电压与晶体管25d的基极-发射极偏置电压之和的电压。开关控制IC 23针对这种施加到开关控制IC 23的电压来执行开关动作。齐纳二极管25e必须表现出相关的齐纳电压作为开关控制IC 23的电源电压。

禁用电路26用于禁用开关控制IC 23，并且由电阻器26a、第二光电耦合器的光接收部分26b、齐纳二极管26c、P型PET 26d和N型PET26e、26f组成。第二光电耦合器的发光部分9a包括LED，光接收部分26b包括光电晶体管。通常，禁用电路26不可用。当光接收部分26b中的光电晶体管接收来自LED的光并且响应于从禁用电路9产生的信号而导通时，将由整流二极管11整流的AC线上的电压通过电阻器26a施加到齐纳二极管26c。然后，将与齐纳二极管26c的齐纳电压相对应的电压施加到FET 26e的栅极，从而使FET 26e导通。当FET 26e导通时，由于FET 26e的栅极和漏极之间的电位使得FET 26d导通。同时，施加到FET 26f的栅极的与齐纳二极管26f的齐纳电压相对应的电压使得FET 26f导通。为开关控制IC 23施加相关电压，从而开关控制IC 23工作。如上所述，施加到开关控制IC 23的电压等于齐纳二极管25e两端产生的电压与晶体管25d的基极-发射极偏置电压(0.6V)之和。由于FET 26f导通，齐纳二极管26f短路。因此，施加到开关控制IC 23的电压下降到0.6V左右的电平。当施加到开关控制IC 23的电压下降到操作开关控制IC 23所必须的相关电压以下时，开关控制IC 23适时停止开关动作。当开关动作停止时，第二光电耦合器的光发射部分9b不再向光接收部分发出光，使得FET 26f再次截止。然后，当向开关控制IC 23施加等于齐纳二极管25e两端的电压与晶体管25d的基极-发射极偏执电压(0.6V)的电压和的电压时，使开关控制IC 23处于工作状态。然而，根据该实施例，一旦第二光电耦合器的光接收部分26b中的光电晶体管导通，就通过使用AC线上的电压来使FET 26d、26e、26f导通，而不管第二光电耦合器的光电晶体管是导通还是截止。相应地，在AC线上的电压没有很大程度降低的情况下，FET 26f保持在导通状态，从而禁止开关控制IC 23工作。

第二整流/平滑电路30连接至变压器21的第三绕组21c。电路30由二极管31、平滑电容器32和电阻器33组成。第二整流/平滑电路30的输出连接至电池包2以对电池2a充电。恒压电路40连接至第四绕组21d。恒压电路40由二极管41、三端子调节器43和电容器42、44组成，并且起到电池充电器100中运算放大器的电源的作用。

显示部分50用于显示充电状态。在该实施例中，显示部分50包括LED，所述LED在充电过程中点亮，在不执行充电时熄灭。LED响应于温度检测部分3的输出而点亮或熄灭。

充电电流控制部分60用于控制要提供给电池2a的充电电流的电平，并且由电阻器60a、60b、60c、60d、60e、60f、运算放大器60g、二极管60h以及分路电阻器60i组成。充电电流控制信号由充电电流控制部分60产生，并通过第一光电耦合器8被反馈至开关控制IC 23。

在串联的电阻器60a和60b之间施加电源电压(Vcc)，在电阻器60b两端产生的电压与分路电阻器i处的电压降之间的电压差被电阻器60c和60d分压。将电阻器60c和60b之间的结点处的电压施加到运算放大器60g的反相输入端子。将与充电电流相对应的电压通过电阻器60e施加到运算放大器60g的非反相输入端子。当施加到反相输入端子与非反相输入端子的电压之差变为零时，充电电流的电平被控制为目标值。

充电电压控制部分70连接在充电路径的正线与第一光电耦合器之间，以控制要施加到电池2b的充电电压的电平。充电电压控制部分70由电阻器70a和齐纳二极管70b组成。充电电压由齐纳电压来确定。与充电电流类似，通过经由第一光电耦合器8向开关控制IC 23反馈电压控制信号来控制充电电压。

参考图2所示的流程图，将描述如上所述而配置的电池充电器的操作。首先，利用温度检测部分3来确定电池温度是否达到预定值(步骤201)。当步骤201中确定电池温度尚未达到预定值时，电池温度检测部分3输出低电平信号以指示允许对电池2充电(步骤202)。

如上所述，当允许对电池2a充电时，充电电流检测控制部分5基于从电池温度检测部分3馈送的信号，来禁止检测充电电流(步骤203)。同时，显示部分50基于从电池温度检测部分3馈送的信号来指示正在进行充电(步骤204)。

当在步骤201中确定电池温度等于预定温度或在预定温度以上时，电池温度检测部分3输出高电平信号，从而禁止对电池2b充电(步骤205)。此时，充电电流检测控制部分5基于来自电池温度检测部分3的信号来允许检测充电电流(步骤206)。显示部分50指示没有执行对电池的充电(步骤207)。然后充电电流检测部分4确定是否检测到充电电流(步骤208)。当没有检测到充电电流时，例程返回步骤205。由于除了禁止对电池2a充电以外，还检测到充电电流，所以步骤208中充电电流的检测暗示可能已经发生了故障。如果是这样，则开关控制IC停止部分9停止FET 22的开关动作。

根据上述实施例，电池温度检测部分3用于检测电池包2与电池充电器100的连接。部分3还用于检测电池2a的充满电情况。部分3还被配置为操作开关控制部分7以控制继电器6的接通/断开。电池电压检测部分可以取代电池温度检测部分3而用于检测电池2a两端的电压，可以基于检测到的电池电压来执行对电池2a的电池包连接和充满电情况的检测。

尽管关于特定实施例描述了本发明，然而本领域技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围的前提下可以进行各种改变。

Claims (11)

1.一种电池充电器(100)，包括：

电池连接部分(80)，能连接至要再充电的二次电池(2，2a)；

充电电路(30)，被配置为对二次电池(2，2a)充电；

电流检测部分(4，5)，被配置为当已停止对二次电池(2，2a)充电时检测在充电电路(30)中流动的电流；以及

信号输出部分(9)，被配置为当电流检测部分(4，5)检测到电流时输出异常性信号。

2.根据权利要求1所述的电池充电器，还包括：中断部分(26)，被配置为基于从信号输出部分(9)输出的异常性信号来中断对充电电路(30)的供电。

3.根据权利要求1或2所述的电池充电器，还包括：电池检测部分(3)，被配置为检测二次电池(2，2b)与电池连接部分(80)的连接，

其中，当电池检测部分(3)执行的检测指示二次电池(2，2b)没有连接至电池连接部分(80)时，电流检测部分(4，5)检测充电电路(30)中流动的电流。

4.根据权利要求1或2所述的电池充电器，还包括：

温度检测部分(3)，被配置为检测二次电池(2，2a)的温度；以及

充电停止部分(6，7)，被配置为根据温度检测部分(3)检测到的温度来停止对二次电池(2，2a)充电，

其中，当充电停止部分(6，7)停止对二次电池(2，2a)的充电时，电流检测部分(4，5)检测充电电路(30)中流动的电流。

5.一种电池充电器，包括：

电池连接部分(80)，能连接至要再充电的二次电池(2，2a)；

充电电路(30)，被配置为对二次电路(2，2a)充电；

充电转换部分(3，6，7)，被配置为将充电状态转换为充电停止状态，以及将充电停止状态转换为充电状态，其中，在充电状态下由充电电路(30)对二次电池(2，2a)充电，而在充电停止状态下不对二次电池(2，2a)充电；

电流检测部分(4，5)，被配置为当充电转换部分(3，6，7)将充电状态转换为充电停止状态时，检测在充电电路(30)中流动的电流；以及

信号输出部分(9)，被配置为当电流检测部分(4，5)检测到电流时输出异常性信号。

6.根据权利要求5所述的电池充电器，还包括：中断部分(26)，被配置为基于从信号输出部分(9)输出的异常性信号来中断对充电电路(30)的供电。

7.根据权利要求5或6所述的电池充电器，还包括：电池检测部分(3)，被配置为检测二次电池(2，2a)与电池连接部分(80)的连接，

其中，当电池检测部分(3)执行的检测指示二次电池(2，2a)没有连接至电池连接部分(80)时，充电转换部分(3，6，7)将充电状态转换为充电停止状态。

8.根据权利要求5或6所述的电池充电器，还包括：温度检测部分(3)，被配置为检测二次电池(2，2a)的温度，

其中，充电转换部分(3，6，7)根据温度检测部分(3)检测到的温度将充电状态转换为充电停止状态。

9.一种电池充电器，包括：

开关电源(10，20，21，30)，对要再充电的二次电池(2，2a)供电；

充电接通/断开确定电路(3)，基于二次电池(2，2a)的定性信息来确定是否为二次电池(2，2a)充电；

充电电流检测电路(4)，检测为了再充电而向二次电池(2，2a)提供的充电电流；

充电电流检测控制部分(5)，被配置为控制充电电流检测电路(4)执行或不执行充电电流的检测；以及

禁用部分(8，22，23)，当充电电流检测电路(4)检测到充电电流时，禁用开关电源(10，20，21，30)，

其中，当充电接通/断开确定电路(3)确定为二次电池(2，2a)充电时，充电电流检测控制部分(5)不允许充电电流检测部分(4)执行对充电电流的检测，而当充电接通/断开确定电路(3)确定不为二次电池(2，2a)充电时，充电电流检测控制部分(5)允许充电电流检测部分(4)执行对充电电流的检测。

10.根据权利要求9所述的电池充电器，其中，所述定性信息是与二次电池(2，2a)的温度有关的信息。

11.一种电池充电器，包括：

电池连接部分(80)，能连接至要再充电的二次电池(2，2a)；

充电电路(30)，被配置为对二次电池(2，2a)充电；

电流检测部分(4)，被配置为检测充电电路(30)中流动的电流；

充电转换部分(3，6，7)，被配置为将充电状态转换为充电停止状态，以及将充电停止状态转换为充电状态，其中，在充电状态下由充电电路(30)对二次电池(2，2a)充电，而在充电停止状态下不对二次电池(2，2a)充电；

电流检测控制部分(5)，被配置为当充电转换部分(3，6，7)将充电状态转换为充电停止状态时，允许电流检测部分(4)检测在充电电路(30)中流动的电流；以及

信号输出部分(9)，被配置为当电流检测部分(4)检测到电流时输出异常性信号。

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