CN106786864A - 一种可以测试电池参数的充电器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种可以测试电池参数的充电器，其包括：表笔，其包括两个表笔子本体和至少包括四个针脚的接口的公口/母口；每个表笔子本体包括探头和两根绝缘设置的导线，探头的前端用于与待测试体接触，探头的后端与所述两根导线的一端电连接，所述两根导线的另一端分别与所述公口/母口的一个针脚电连接；充电器主体，用于给电池充电；充电器主体设置有与所述表笔的接口的公口/母口相匹配的母口/公口；四线制测试电路，设置于所述充电器主体内，与所述充电器主体的母口/公口电连接，用于配合所述表笔对待测试电池进行参数测试。本申请提供一种可以测试电池参数的充电器，其测试得到的电池参数，例如内阻和/或电压等，很精确，具有参考意义。
Description
技术领域
本申请涉及充电器领域。
背景技术
充电器是一种外接电源后给可充电电池进行充电的装置。目前，一些充电器配置有测试电池内阻的功能，其实现方式为：通过充电器本身用于连接电池以给电池充电的正极片和负极片，将电池连接到充电器内置的测试内阻电路中，从而将电池的内阻测试出来。这种充电器测试出来的电池内阻十分不精确，因为其测试出来的实际上是电池内阻和充电器的正负极片的电阻之和；并且由于电池的内阻很小，一般为毫欧级，而充电器的正负极片的阻抗却远超过此值，因此这使得充电器测试得到的电池的内阻不具有参考意义。
发明内容
本申请提供一种可以测试电池参数的充电器，其测试得到的电池参数，例如内阻和/或电压等，很精确，具有参考意义。
本申请提供的可以测试电池参数的充电器，包括：
表笔，所述表笔包括两个表笔子本体和至少包括四个针脚的接口的公口/母口；其中，每个表笔子本体包括探头和两根绝缘设置的导线，所述探头的前端用于与待测试体接触，探头的后端与所述两根导线的一端电连接，所述两根导线的另一端分别与所述公口/母口的一个针脚电连接；
充电器主体，用于外接电源后给电池充电；所述充电器主体设置有与所述表笔的接口的公口/母口相匹配的母口/公口；
四线制测试电路，设置于所述充电器主体内，与所述充电器主体的母口/公口电连接，用于配合所述表笔对待测试电池进行参数测试。
本申请的有益效果是：
依上述实施的可以测试电池参数的充电器，由于引入四线制式的表笔和四线制测试电路，消除了与待测试电池相连的导线的电阻对电池内阻测试的影响，测试结果精确和可靠；并且由于充电器主体与表笔通过接口可拔插式连接，使得该充电器的结构简单，方便使用，当需要进行内阻测试时，将该表笔的公口/母口插入到充电器主体的母口/公口中，当不需要进行内阻测试时，将该表笔从接口处拔下来。
附图说明
图1(a)为两线制测试电阻的原理图；图1(b)为四线制测试电阻的原理图；
图2为采用两线制测试电阻的一个充电器的原理图；
图3为本申请一种实施例的表笔的结构示意图；
图4为本申请一种实施例的表笔的探头的一种结构示意图；
图5为本申请一种实施例的表笔的探头的另一种结构示意图；
图6为本申请一种实施例的表笔的爆炸示意图；
图7为本申请一种实施例的表笔的立体示意图；
图8为本申请一种实施例的可以测试电池参数的充电器去掉表笔后的结构示意图；
图9为本申请一种实施例的可以测试电池参数的充电器的结构示意图；
图10为本申请一种实施例的可以测试电池参数的充电器的四线制测试电路的原理图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，先对两线制测试电阻方案和四线制测试电阻方案进行一个说明。
请参照图1(a)，为两线制测试电阻的技术方案。通过一个额定电流源发出电流I，通过一电压计测试待测电阻R上的压降U，因此可以得到电池R的阻值为U/I。但是实际上导线也是有电阻的，如图所示，与电阻R两端分别相连的导线，其阻值分别为r1和r2，因此测试得到的压降U实质上为电阻R、导线r1和导线r2的共同压降，因此通过U/I计算得到的阻值实质为(R+r1+r2)，当测量阻值很小的电阻时，(R+r1+r2)并不会约等于R，这使得测试得到的阻值不准确，不可靠，换句话说，两线制测试电阻的技术方案，当测试阻值很小的电阻时，其用于连接待测电阻的导线会影响测试结果，使得测试结果不准确，不可靠，不具有参考意义。
请参照图1(b)，为四线制测试电阻的技术方案。通过一个额定电流源发出电流I，通过一电压计测试待测电路R上的电压U，但是该额定电流源与电压计并不是通过共同的导线连接到电阻R，而是额定电流源通过导线r1和r2分别连接到电阻R的两端，电压计通过导线r3和r4连接到电阻R的两端，因为电压计的输入电阻很大，基本没有电流流经，因此其测得的压降U就是电阻R的压降，而流过电阻R的电流又为I，因此通过U/I计算得到的阻值就是电阻R的阻值，换句话说，四线制测试电阻的技术方案，其用于连接待测电阻的导线不会影响测试结果，因此这样测试得到的结果准确可靠。
通过充电器本身正极片和负极片来连接待测电池，以给电池进行内阻测试的方案，其原理就是图1(a)所示的两线制测试电阻的技术方案，下面以一个具体的电路图进行说明。
请参照图2，为采用两线制测试电阻的方案的一个充电器的实际例子。
图中BT1表示待测电池，该待测电池通过充电器用于充电的正极片BT1+和负极片BT1-与图2的测试电路进行电连接。
由图1可知，该测试电路要基于一个额定电流源，因此首先说明图2的测试电路的恒流充电原理和恒流放电原理，再说明基于恒流充电的充电测试内阻法和基于恒流放电的放电测试内阻法。
恒流充电原理：当脉宽调制信号PWM1为高电平时，晶体管Q2、Q7和Q4导通，+12V电源电流经晶体管Q4给电感L1储能，电感L1的电感电流逐渐上升，并经二极管D2、电阻R7、电池BT1和晶体管Q6回到电源地端。当脉宽调制信号PWM1为低电平时，晶体管Q2截止，晶体管Q1导通，晶体管Q4截止，电感L1的电感电压此时为左负右正，电感L1所储存的能量由二极管D2、电阻R7、电池BT1、晶体管Q6和二极管D1形成回路。利用一MCU实时检测V1端和V2端的电压，并通过(V1-V2)/R7计算一实时电流i1；将该实时电流i1与一预设电流I1比较，当检测出的电流i1比预设电流I1小时，调整脉宽调制信号PWM1的正占空比，使其正占空比增大；当检测出来的电流i1比预设电流I1大时，调整脉宽调制信号PWM1的正占空比，使其正占空比减小；这样不断调整脉宽调制信号PWM1的正占空比，可以使得(V1-V2)/R7保持为预设电流I1的大小，即保持电流恒定，实现了恒流充电。
恒流放电原理：当脉宽调制信号PWM2为低电平时，外部电源停止供电。电池BT1的电流从电池正极出发，经电阻R7、电阻R6、晶体管Q5和晶体管Q6回到电池负极。MCU实时检测V1端和V2端的电压，并通过(V2-V1)/R7计算一实时电流i2；将该实时电流i2与一预设电流I2比较，当检测出的电流i2比预设电流I2小时，调整脉宽调制信号PWM2的正占空比，使其正占空比增大；当检测出来的电流i2比预设电流I2大时，调整脉宽调制信号PWM2的正占空比，使其正占空比减小；这样不断调整脉宽调制信号PWM2的正占空比，可以使得(V2-V1)/R7保持为预设电流I2的大小，即保持电流恒定，实现了恒流放电。
基于恒流充电的充电测试内阻法：当把电池放入充电器充电槽后，充电器检测有电池时，将脉宽调制信号PWM1和PWM2均置为低电平，电池处于无负载即空载状态，此时MCU读出的电池电压V2记为V2a；将脉宽调制信号PWM1置为输出占空比状态，使电池处于恒流充电状态，MCU读出电池恒流充电状态的V2端的电压记为V2b；通过计算(V2b-V2a)/I1，即可以得到电池的充电状态的内阻。
基于恒流放电的放电测试内阻法：当把电池放入充电器充电槽后，充电器检测有电池时，将脉宽调制信号PWM1和PWM2均置为低电平，电池处于无负载即空载状态，此时，MCU读出电池电压V2记为V2c的值。将脉宽调制信号PWM2置为输出占空比状态，使电池处于恒流放电状态，MCU读出电池恒流放电状态的V2的电压记为V2d；通过计算(V2c-V2d)/I2，即可以得到电池的放电状态的内阻。
以上检测电流充电或放电时的内阻的方案存在很大的不可控的误差，一致性也不好，并且随着使用次数增多，各连接件接触面也磨损，其接触阻抗会增大。另外，电池的内阻大多在100毫欧以下，有些低至几毫欧，而各连接件的接触阻抗已远远超过此值，因此，其测试值可信度不高，无参考价值。
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一
本实施例公开了一种表笔，该表笔为一种四线制表笔。传统的四线制表笔一般包括四根分立的子表笔，其中两根子表笔用于与待测电阻接触，形成电压回路，进行电压测试，另外两根子表用于与待测电阻接触，形成电流回路，进行电流测试。本实施例提出的表笔，为一种集成化，小型化和通用性强的四线制表笔，具体地，请参照图3，本实施例的表笔包括两个表笔子本体10和至少包括四个针脚的接口的子口20，该子口为接口的公口或母口，在一实施例中，接口为USB接口、mini-USB接口或USB Type-C接口。
每个表笔子本体10都包括探头11和两根绝缘设置的导线13，探头11的前端用于与待测试体接触，探头的后端与上述两根导线13的一端电连接，这两根导线13的另一端分别与子口20的一个针脚电连接，因此这两根导线13占用了子口20的两个针脚电连接，即每个表笔子本体10占用了子口20的两个针脚，那么两个表笔子本体10就总共占用了子口20的四个针脚，不妨以USB接口为例，可以将USB接口中VBUS、D+、D-和VSS这四个针脚作为上述被占用的四个针脚。在一实施例，可以将每个表笔子本体10中的两根互相绝缘设置的导线13再用一个绝缘的套管包裹起来。
在一实施例中，探头11的外表面镀有金，这可以有效降低接触阻抗，并具有防止氧化等优点。
在一实施例中，如图4所示，探头11的前端为面状，其上设置有多个凸起111，这多个凸起111用于与待测试体接触，由于探头11采用了多点接触，可以有效防止接触不良，特别是当待测试体为电池时，这可以防止电池的正极帽部分氧化或不平造成的接触不良。
在一实施例中，图5，探头11包括探头套管113以及相对探头套管113可移动地设置于探头套管113内的内针115；探头套管113包括后端的限位部113a以及前端的覆盖部113b，限位部113a与覆盖部113b通过一弹性件113c相连接。进一步地，请参照图6和图7，表笔子本体10还包括套设于表笔子本体10两根导线外的外壳15，外壳15的一端抵靠设置于探头套管113的限位部113a；使用时，由于探头11采用弹性接触，这便于探头11与待测电池正负极有效接触，省力，在测试过程中不会因手抖动等原因而造成的接触不良。在一实施例中，外壳15包括硬质外壳15a以及设置于硬质外壳15a外表面的软质外壳15b。
本实施例提出的表笔包括两个表笔子本体10，且每个表笔子本体10包括探头11和两根绝缘设置的导线13，使用时，对于每个表笔子本体10，可以将其一根导线13作为电流线，另一根导线13作为电压线来进行四线制测量，排除了接触阻抗和测试线的内阻影响；另外，由于每个表笔子本体10集成了两根绝缘设置的导线13，且两个表笔子本体10的导线13都电连接于至少包括四个针脚的接口的公口/母口，使得表笔集成化，小型化了，只使用一个接口，操作方便。
实施例二
本实施例公开了一种可以测试电池参数的充电器。在一实施例中，请参照图8和图9，该测试电池参数的充电器包括表笔1、充电器主体2和四线制测试电路(图中未画出)，在一实施例中，还可以包括显示单元3。
表笔1为一种四线制表笔，在一实施例中，该表笔1可以为实施例一中公开的表笔，以下不妨表笔1为实施例一公开的表笔为例进行说明。
充电器主体2用于外接电源后给电池充电。充电器主体2设置有与表笔1的接口的子口20相匹配的另一子口21，当表笔1的子口20为公口时，充电器主体2的子口21为相匹配的母口，当表笔1的子口20为母口时，充电器主体2的子口21为相匹配的公口。
四线制测试电路设置于充电器主体2内，四线制测试电路与上述充电器主体2的母口/公口21电连接，用于配合表笔1对待测试电池进行参数测试，在一实施例中，该参数包括内阻和/或电压。
显示单元3设置于充电器主体2上，用于显示四线制测试电路对待测试电池进行测试后获取的参数。
四线制测试电路可以为四线制直流放电式内阻测试电路或四线制交流压降内阻测试电路，请参照图10，下面给出一个四线制直流放电式内阻测试电路的实际电路原理图。
图中CON4为设置于充电器主体2上的母口/公口21，其中1、4针脚通过表笔1分别接待测电池的正极和负极，形成电池恒流放电的路径；2、3针脚通过表笔1分别接待测电池正极和负极，形成直接探测电池电压的路径。二极管D5和D4的作用主要时防止超过5V的待测电池接入，烧坏四线制测试电路中单片机(未画出)的AD口，起到过压保护的作用。当表笔1未接触待测电池正负极时，RV1处的电压约是+5V，经电阻R9、二极管D3和电阻R21检测出来的值，会比单节电池电压高出许多，因此单片机判定是无待测电池接入的状态。当表笔1接触待测电池的正负极时，RV1的值会低于5V，单片机判断有待测电池接入。图中电阻R11、电阻R22、晶体管Q3、电阻R12、晶体管Q9、电阻R23和晶体管Q11构成待测电池反接保护电路，防止待测电池反接，防止待测电池正负极通过晶体管Q8和电阻R28直接构成回路，烧毁电路。电阻R26和R27构成恒流电路的电压参考端。电阻R24、晶体管Q8、电阻R28和电阻R25构成运放的负反馈电路，在另一实施例中，还可以如图10一样加入一个电容C6，使得电阻R24、晶体管Q8、电阻R28、电阻R25和C6构成运放的负反馈电路。U1B为高精度运放。电阻R29、晶体管Q10和电阻R14构成控制待测电池放电的使能端电路。电阻R16、R17、R18、R19和运算放大器U1A组成运放的差动放大电路，可精准检测待测电池正负极的电压差值。当单片机检测到有待测电池接入时，单片机P4.0口输出低电平，晶体管Q10导通，运算放大器U1B的负端电压高于正端，输出零电平，晶体管Q8截止，待测电池处于空载状态，此时检测RV2端的电压值设为：RV2a；单片机再将P4.0口置为高电平，晶体管Q10截止，运算放大器U1B为正常的恒流状态，预设恒流值为I，此时检测RV2的电压值设为：RV2b。单片机的P4.0口输出低电平。让待测电池处于空载状态。计算(RV2a-RV2b)/I，计算结果即为该待测电池的直流内阻值。
本充电器作为内阻测试仪来用的时候，其供电方式有两种，一是可以由外接电源来供电，二是装一个电池由充电器内部电路升压供电。
本实施例的充电器，配置独立的四线制式的表笔，使用四线制测试电池内阻，提高了测试电池内阻的精度，在一实施例中，充电器主体2与表笔1相连的接口为一个，将常规的四个或两个接口合并为一个了，结构简单，方便使用。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (9)
1.一种可以测试电池参数的充电器，其特征在于，包括：
表笔，所述表笔包括两个表笔子本体和至少包括四个针脚的接口的公口/母口；其中，每个表笔子本体包括探头和两根绝缘设置的导线，所述探头的前端用于与待测试体接触，探头的后端与所述两根导线的一端电连接，所述两根导线的另一端分别与所述公口/母口的一个针脚电连接；
充电器主体，用于外接电源后给电池充电；所述充电器主体设置有与所述表笔的接口的公口/母口相匹配的母口/公口；
四线制测试电路，设置于所述充电器主体内，与所述充电器主体的母口/公口电连接，用于配合所述表笔对待测试电池进行参数测试。
2.如权利要求1所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述接口为USB接口、mini-USB接口或USB Type-C接口。
3.如权利要求1或2所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述探头的前端为面状，其上设置有多个凸起。
4.如权利要求1所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述探头的外表面镀有金。
5.如权利要求1所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述探头包括探头套管以及相对所述探头套管可移动地设置于所述探头套管内的内针；所述探头套管包括后端的限位部以及前端的覆盖部，所述限位部与覆盖部通过一弹性件相连接。
6.如权利要求5所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述表笔子本体还包括套设于表笔子本体的两根导线外的外壳，所述外壳的一端抵靠设置于探头套管的限位部。
7.如权利要求1所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述四线制测试电路对待测试电池进行参数测试，包括内阻测试和/或电压测试。
8.如权利要求1或7所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，所述四线制测试电路为四线制直流放电式内阻测试电路或四线制交流压降内阻测试电路。
9.如权利要求1所述的可以测试电池参数的充电器，其特征在于，还包括设置于充电器主体上的显示单元，用于显示四线制测试电路对待测试电池进行测试后获取的参数。
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