CN102611181B - 充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电系统，至少包括一个充电器和一个电池，充电系统至少包括快充充电模式和正常充电模式述快充充电模式可以在符合设定条件的情况下给电池充电，还包括一个指示装置可以指示快充充电模式已经完成。本发明的充电器提供具有可选择性的充电模式，可以依靠电池温度变化控制的超快充电方案，可实现在低电且合适的温度变化趋势下能超额输出充电功率以实现在短时间内安全的给电池一定的容量(能量)以完成一定量的工作。

Description

充电系统

技术领域

本发明涉及一种充电系统，尤其涉及一种实现电池快速充电的系统。

背景技术

客户在使用用锂电池供电的电动工具时，普遍存在以下情况：在需要完成一定工作量或还剩一小部分工作未完成时，发现电池包电量不够，这时使用者需要一小部分容量(比如a％的电池容量)的电池来完成工作(不需要满容量电池)，并且希望有一种充电器的模式能在极短的时间b内，比如3分钟完成电池25％容量的充电过程。但是目前快速充电的锂离子电池充电器设计成本较高，模式选择性较差并且没有实现在极短的时间内给电池充上可供用户完成一定工作量的电量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，实现用低成本，提供一种可选择充电模式的充电器，使得在很短的时间内安全的给电池一定的容量(能量)以完成一定量的工作。

为解决上述技术问题，本发明提供一种充电系统，至少包括一个充电器和一个电池，充电系统至少包括快充充电模式和正常充电模式快充充电模式可以在符合设定条件的情况下给电池充电，还包括一个指示装置可以指示快充充电模式已经完成。

其中快速充电模式的充电电流大于正常充电模式的充电电流，充电时间小于正常充电模式的充电时间。

快速充电模式和正常充电模式的切换可以由控制电路根据温度检测电路、电压检测电路实时监测充电电池当前的温度和电压值控制自动切换，也可由操作面板上的控制开关触发，由使用者手动选择。

本发明所达到的有益效果：本发明的充电器提供具有可选择性的充电模式，其中一种模式包括：依靠电池温度变化及电压控制的快充电方案，该充电器设计有可选择的快速充电模式，在低电压且合适的温度变化趋势下能超额输出充电功率以实现在短时间内给电池充上a％的容量，该容量足以完成急需的工作。

附图说明

图1是本发明的充电器示意图；

图2是本发明的充电器的充电电路的模块图；

图3是本发明的充电器的工作流程图；

图4是图2的充电电路图。

图中，1、机壳；101、上机壳；102、下机壳；2、充电槽；3、操作面板；3a、控制开关；4a、红色LED；4b、绿色LED；5、充电电路；6、控制电路；7、指示电路；8、温度检测电路；9、电压检测电路；10、模式选择电路；11、转换充电电路；110、AC-DC输入电路；111、DC-DC电源电路；112、直流电压输出电路；13、外部触发信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示为本发明的用于直流电动工具的充电器优选的一种示意图，机壳1由上机壳101和下机壳102扣合形成一个整体，机壳1上设一可放置充电电池的充电槽2，机壳1构成的内腔包含充电电路，机壳1上设有操作面板3和指示充电状态的显示装置，可为发光LED或LCD显示屏，以及控制开关3a。此处显示装置为红色LED4a和绿色LED4b，控制开关3a为具有背光的按钮。

充电器具有快速充电的模式(或称Peak模式、峰值充电模式)，以及正常充电模式。当然操作面板和充电模式也可设置在锂电池上，锂电池可以是内置式设置于电动工具上也可以是可拆卸的设置在电动工具上，本发明的一种具体实施方式中，电池包的标称电压为12V，电池元件为圆柱形的，其规格为18mm(直径)×65mm(长)，电池元件容量为接近1200mAh或者1500mAh。在快速充电模式下，充电器在极短的时间内将电池充至一个较满的状态；在正常充电模式下，充电器正常充电。控制开关3a的背光用于指示电池是否处于可选择快速充电的状态，并用背光闪烁表示电池正在被快速充电。当控制开关背光亮起，指示电池符合选择快速充电的条件，按下控制开关3a后，充电进入快速充电模式，背光闪烁，快速充电结束后控制开关3a的背光常亮。

显示装置的红色LED4a和绿色LED4b用于报错和正常充电的充电状态。当红色LED4a亮，表示电池发生异常情况，在快速充电模式和正常充电模式下的异常情况均使用此方式。绿色LED4b用于指示正常充电的充电状况，当电池在正常充电模式下充电，绿色LED4b闪烁，电池充满后绿色LED4b常亮。

如图2所示，本发明的充电器充电电路5结构包含，温度检测电路8、电压检测电路9，实时监测充电电池当前温度和电压，并将监测数值传送至控制电路6；控制电路6接收并处理温度检测电路8、电压检测电路9的信息或/和外部的操作面板3的输入信息，控制充电电路5的充电模式，并将当前状态信息传送至指示电路7，指示电路7可以包含显示装置，用于指示充电状态或者其他需要显示的信息。

模式选择电路10按照控制电路6发出的控制信号，选择进入快速充电模式(简称为Peak模式)或者正常充电模式，并可在两种模式之间切换。转换充电电路11与充电电池连接，包含依次连接的AC-DC输入电路110、DC-DC电源电路111及直流电压输出电路112，按照模式选择电路10发出的充电模式对充电电池进行充电。

一种实施方式下，控制电路6根据温度检测电路8、电压检测电路9实时监测的充电电池当前的温度和电压值进行判断选择，自动切换充电模式。当温度检测电路8检测到的电池温度符合预设的温度范围，且电压检测电路9检测到的电池电压符合预设的电压范围，则控制电路6输出一控制信号至模式选择电路10，将充电模式切换为快速充电模式。

另一种实施方式下，控制电路6接收外部触发信号13进行充电模式的切换。外部触发信号13可以为开关触发的信号，也可以为光、电、声形式的触发信号。在本实施例中，优选的，为通过操作面板3手动的控制开关3a，输入控制信号。

操作面板3或为按键式，或为触摸式，或为两者结合的形式。也可以将指示电路7与操作面板3的部分功能或者全部功能集成在一起。通过操作面板3可以对充电时间、充电电流进行设置。

如图2、图3所示，说明本发明充电器的一种工作流程，当充电器检测到有电池插入时，首先通过温度检测电路8、电压检测电路9检测电池的温度、电压是否在允许充电的范围内。如果电池需要充电，则可以通过模式选择电路10选择进入快速充电模式(简称Peak模式)或者是正常充电模式，快速充电模式转换充电电路11可以对充电电池提供大电流I1进行充电，如加在单个电池元件上的充电电流为6A，实现以较大的充电电流对电池进行短时快速充电，本实施方式中当电池包电压达到12V时，充电电压不再上升，充电电流减小，当电流减小到3.3A时，退出快速充电模式并转入正常充电模式。选择进入快速充电模式或者是正常充电模式的方式有两种，一种是自动切换，一种是非自动切换，即依靠外部触发信号13触发进入。本实施例中仅介绍外部触发信号13触发进入的方式，当控制开关3a触发时即进入Peak模式。

在Peak模式中，对充电时间、充电电流进行设定，预设充电电流为I1，如6A，与正常充电模式的充电电流值I2相比，一般的，I2为3A，I1＞I2。设定充电时间为t1，如3min。在此大电流的条件下对电池进行充电，可在预设的很短时间内使电池的能量充到一个较满的程度，如25％，可以供用户完成一定的工作量，以快速满足使用者基本的使用需要。同时在此模式下，预设充电允许的最高电池温度为T1，如40摄氏度，最大电池电压为V1，如12V。当充电时间达到设定值t1时退出Peak模式，或者当检测到的电池温度或电压系数大于等于预设的最高电池温度T1、V1时，自动退出Peak模式。以对12V直流螺丝批电池包3分钟快速充电为例，以下表格中列出的是以经过试验得出的具有实用性的参数，可以根据不同的需求具体设定，但均在本发明的保护范围内：

快速充电电流/A	充电电量/Wh	打钉子个数/个
			4.5	2.63	50
5.0	2.92	55
			5.5	3.22	61
6.0	3.50	68

退出Peak模式后，如使用者未将电池从充电器中拔出，则充电程序转入正常充电模式进行充电，绿色LED4b闪烁。在正常充电模式下使用的充电电流I2较I1小，如3A。在此模式下，预设一系列充电参数，如电池充电时允许的的最高电池温度为T2，如55摄氏度，最大电池电压为V2，并检测电池的电流。当检测到的电池温度大于等于预设的最高温度T2，或检测到的电池电压大于等于预设的最高电压V2时，报错并返回初始程序，红色LED4a亮；当检测到的电池电流异常，如接近于0时，结合电池电压的检测结果，如检测到的电池电压也大于等于预设的最高电压V2，报错并返回初始程序，红色LED4a亮。

由于在Peak模式下对电池进行快速的大电流充电，可能对电池造成损伤或出现危险状况，在Peak模式下需要对电池的各项系数进行更严格的要求。故上述Peak模式和正常模式下的各项电池充电系数的关系如下：

T1＜T2；V1＜V2；

如正常充电模式下，电池的温度、电流、电压系数均符合设定要求，则程序向下进行至对充电时间的判断。

当充电达到最长允许时间t2，如30min，且充电电流小于预设的充满电流I3，表示电池已经充满，结束充电，绿色LED4b常亮。

如图4所示，端口J3接电池正极，端口J7接电池负极，端口J4接电池的端口NTC，端口J5、J6接单节电池端口。控制电路6中的MCU微控制单元芯片选用U8，当电池插入充电器后，U8通过温度检测电路8、电压检测电路9中的检测端口J4、J5、J6、J7判断电池当前温度和电压，根据当前信息，决定是否可以进入快速充电模式，保证充电安全。当符合进入快速充电模式的设定条件时，可以自动进入快速充电模式，也可以由外部触发信号13触发进入，外部触发信号可以是图4所示的微动开关SW1，也可以是其他的光、电、声等其他形式的输入信号。如果是非自动式进入快速充电模式，在没有外部触发信号13触发时，U8控制以正常充电模式进行充电。

本实施例中，优选的是非自动式进入快速充电模式，其过程是当触发微动开关SW1，即操作面板3上的控制按钮3a时，U8检测到可以进入快速充电模式，指示电路7中的发光二极管D18亮，指示可以进入快速充电模式，控制按钮3a的背光亮。当微动开关SW1被按下后，U8控制反馈电路，根据设定的快速充电电流进行充电。发光二极管D18闪烁，指示正在进行快速充电模式，控制按钮3a的背光闪烁。在该模式下，U8实时监测J4、J5、J6、J7的电压，同时进入计时，并U8通过R75监测充电器本身温度，在异常状况下自动转入正常充电模式。当快速充电时间达到预设的充电时间后，快速充电完成，发光二极管D18常亮，指示快速充电阶段结束，控制按钮3a的背光常亮。用户此时可以将电池从充电器中拔除，用于工作需要。当由电池温度或者充电器温度等原因导致中途停止快速充电模式时，发光二极管D18熄灭，指示快速充电模式不可用，自动进入正常充电模式，指示电路7中发光二极管D11闪烁，使操作面板3上的绿色LED4b闪烁，指示正在进行正常充电模式。当电池充满后，指示电路7中发光二极管D11常亮，绿色LED4b常亮，指示整个充电过程完成。当一个电池包快速充电完成时，可立即换下一个电池包并启动峰值充电，本实施方式可设定最多可连续快速充电5次，之后在3min内只能进行正常充电，3min后如果电池电压、温度条件仍满足快速充电条件，则可进行快速充电。

其他实施方式中也可以通过检测电池当前温度和电压，当符合进入快速充电模式的设定条件时，可以自动进入快速充电模式，实现电电池的短时快速充电。

其他实施方式中可以使用除了微动开关以外的其他触发方式进行输入选择，进入快速充电模式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种充电系统，用于电动工具，至少包括一个充电器和一个锂电池，所述锂电池至少设置有一节锂电池元件，所述的锂电池元件的直径18mm，长度65mm，所述充电系统至少包括一种快充充电模式，其特征在于：所述快充充电模式给单个所述锂电池元件以大于等于4.5A的充电电流进行充电；所述充电系统包括一个正常充电模式，正常充电模式的充电电流小于快充充电模式的充电电流，所述充电器包括控制开关和充电电路，所述充电电路包括：控制电路、模式选择电路、温度检测电路、电压检测电路、转换充电电路，所述转换充电电路包括：依次连接的AC-DC输入电路、DC-DC电源电路、直流电压输出电路，所述模式选择电路控制所述转换充电电路切换充电模式；所述控制电路通过向所述模式选择电路发出控制信号控制所述快充充电模式和正常充电模式的切换；所述控制电路根据实时监测的所述锂电池的温度和电压进行判断选择进而自动切换充电模式，或者，所述控制电路根据接收的外部触发信号进行切换；所述外部触发信号为所述控制开关所触发的信号；所述快充充电模式所符合的设定条件为：允许的最高锂电池温度为T1、最大锂电池电压为V1；所述正常充电模式所符合的设定条件为：允许的最高锂电池温度为T2、最大锂电池电压为V2；最高锂电池温度T1小于最高锂电池温度T2；最大锂电池电压V1小于最大锂电池电压V2；所述快充充电模式预设一第一充电时间t1，所述正常充电模式预设一第二充电时间t2，所述第一充电时间t1小于第二充电时间t2；在所述快充充电模式下，所述控制电路实时监测所述锂电池的温度和电压，若符合所述正常充电模式的设定条件则自动切换至所述正常充电模式；所述控制电路在所述快充充电模式的充电时间达到第一充电时间t1时，或者检测到的锂电池温度大于等于预设的最高锂电池温度T1、或者检测到的锂电池电压大于等于预设的最大锂电池电压V1时，自动退出所述的快充充电模式，并在所述锂电池未从充电器拔出的情况下自动转入所述的正常充电模式，所述控制电路在所述正常充电模式下检测到所述锂电池的温度大于等于最高锂电池温度T2或者检测到的所述锂电池的电压大于等于最大锂电池电压为V2时退出所述正常充电模式，所述控制电路在所述正常充电模式且满足所述正常充电模式所符合的设定条件时判断所述正常充电模式的充电时间，如果等于所述的第二充电时间t2则停止充电。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述快充充电模式电流至少为6A。

3.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述快充充电模式预设一第一充电时间3分钟可完成锂锂电池25%容量的充电。

4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述快充充电模式所设定的充电条件为允许的最高锂电池温度为40摄氏度，最大锂电池电压为12V。

5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包含一指示装置指示锂电池是否处于可选择快充充电模式的状态。

6.根据权利要求5所述的充电系统，其特征在于，所述指示装置为具有背光的所述控制开关。

7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述控制开关为按键式。

8.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括正常充电模式状态显示装置。

9. 根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述的锂电池的标称电压为12V,单节锂电池元件的标称电压为4V。