CN201167240Y - 一种镍氢电池的充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种镍氢电池充电装置，包括电源模块、电流采样模块、电压误差放大和采样A/D模块、被充电电路模块、充电状态控制模块，电源模块包括降压BUCK型直流/直流转换(DC/DC)电路模块和充电电源反馈模块；本实用新型用充电电源反馈模块控制充电电源的DC/DC电路的输出电压，进而控制充电电流，克服了以往技术中采用调整管方式控制电流的高成本、高损耗的问题；且本实用新型采用廉价的电阻来实现电流采样模块，同时利用终端设备中最常见的A/D转换模块完成充电电流参数的获取；克服了以往模拟反馈控制方式电路复杂，成本高，电路调试难度大，可生产性差的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及终端设备的电池充电装置，尤其是一种低成本的镍氢电池充电装置。
背景技术
随着电子产品的不断普及，尤其是终端类电子产品的种类越来越多，这些产品大多采用电池供电，而镍氢电池以其成本低、能量密度大、充电次数多、记忆效应小、不含汞镉等有害金属安全环保等一系列优点被广泛的采用，镍氢电池充电控制过程相对比较复杂，虽然其支持恒压浮充方式，但是容易出现过充，导致电池损坏。高档的镍氢充电模块用的是-DELTA V检测电池电压来判断电池是否充满，但是这个参数值只有20mV左右，很多充电电源的纹波足以将其淹没掉，因此要准确的判断-DELTA V参数，则要求很稳的充电电源以及很高的A/D电压采样精度来判断，所以高档的镍氢充电器内部一般都包含稳定度较高的充电电压源，和A/D采样精度高的单片机控制模块(MCU)，并配有复杂的控制电路来完成整个充电控制过程，这使得其成本很高，很难在讲求低成本的终端设备中大量使用。
目前已有的镍氢电池的低成本充电方式有以下几种：
恒流充电：恒流充电是最长见的镍氢电池充电方式，就是用0.1C小电流充电，慢慢恢复电池电能，优点是对电池使用寿命有好处，但会出现过充；缺点是充电时间过长，达到十个小时以上，在终端产品应用中容易引起用户的抱怨。
恒压浮充：是将充电电压设定在镍氢电池充饱的最高电压附近，长时间恒压充电，对于空电池，刚开始充电电流较大，后面逐渐减小，最后小于0.1C涓流充电。这种方法的好处是比恒流方式充电时间缩短，但是由于镍氢电池本身特性的一致性不好会导致充电结束时充电电流无法降低到0.1C以下而长时间充电出现电池过充发热，甚至漏液损坏的问题无法解决，对电池特性一致性要求很高，反而增加了电池成本。
定时控制充电：采用大于0.4C的大电流快速充电，电池短时间内充饱，设定一个固定充电时间，时间一到充电停止，这种方式可以用更短时间充饱电池，但是时间的控制同样比较复杂，很多是采用经验值来判定，而且当充电过程中出现中断，重新上电后需要重新计时，对于经常停电的情况，导致电池过充问题依然存在。同时过于复杂的定时控制状态需要更强大的MCU充电管理模块控制完成，其造价成本反而上升。
电压控制方式：把充电过程分为大电流快充和小电流浮充两种方式，容易检测的是电池的最高电压。充电过程中，当电池电压达到规定值后，立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已足充电。
以上的电流相关控制方式中，均需要一个恒流控制电路，该电路目前一般是采用调整管来实现，调整管则采用MOS管或者双极性三极管，在大电流恒流时调整管上热耗散很大，需要加很大的散热片，一方面增加了成本，同时也造成功耗的浪费。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种镍氢电池的充电装置，该装置不仅可以解决现有镍氢电池充电装置中存在诸多弊端和问题，而且成本低廉，更适合消费类电子产品应用。
一种镍氢电池的充电装置，包括电源模块、电流采样模块、电压误差放大和采样A/D模块、被充电电路模块以及充电状态控制模块，所述充电状态控制模块具有数据采集接口和充电控制接口，其中，被充电电路模块通过电流采样模块与电源模块相连，电压误差放大和采样A/D模块与电流采样模块连接，充电状态控制模块连接于电压误差放大和采样A/D模块与电源模块之间，所述电源模块包括降压BUCK型直流/直流转换(DC/DC)电路模块和充电电源反馈模块；所述电流采样模块是一个电阻。
所述充电电源反馈模块包括第一电阻、第二电阻以及三极电压控制电路，所述第一电阻连接于直流/直流转换电路模块与第二电阻之间，所述第二电阻连接于直流/直流转换电路模块与地之间，所述多极电压控制电路与第二电阻并联连接。
所述三级电压控制电路包括三组电阻及复合三级管；每组电阻及复合三级管中，电阻一端连接在同组的复合三级管的发射级，另一端接于所述第二电阻的一端，复合三级管的集电级接地，基级连接于所述充电状态控制模块。
所述充电控制接口采用多级充电电压电流控制方式。
所述电压误差放大和采样A/D模块包括一个用于电压误差放大的放大器和一个A/D转换模块，放大器的正级连接在直流/直流转换电路模块与电流采样模块之间，负级连接在电流采样模块与被充电电路模块之间。
与现有技术相比，本实用新型用充电电源反馈模块控制充电电源的DC/DC电路的输出电压，进而控制充电电流，克服了以往技术中采用调整管方式控制电流的高成本、高损耗的问题；且本实用新型采用廉价的电阻来实现电流采样，同时利用终端设备中最常见的A/D转换模块完成充电电流参数的获取；本实用新型的充电控制接口采用多级充电电压电流控制方式，克服了以往模拟反馈控制方式电路复杂，成本高，电路调试难度大，可生产性差的问题。
附图说明
图1本实用新型所述装置的原理框图；
图2是本实用新型局部电路连接示意图一；
图3是本实用新型局部电路连接示意图二。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，电源模块采用降压BUCK型DC/DC电路101，现有的DC/DC电路通常有一个电阻型的反馈控制网络，本实用新型中采用充电电源反馈模块106替换该控制网络，通过调整充电电源反馈模块106的反馈参数值即可达到调整DC/DC输出电压的目的，调整输出电压可以直接改变被充电电路模块103的电流。电流采样模块102完成充电电流模拟量的采样并转换为电压量，采样结果被送到电压误差放大和采样A/D模块104转换为数字电流信号，这个数字电流信号通过充电状态控制模块105的数据采集接口送给充电状态控制模块105进行处理，处理结果通过其充电控制接口送给充电电源反馈模块106，充电电源反馈模块106根据充电状态控制模块105送来的控制信号，调整其反馈参数，改变充电电源101输出电压，从而达到调整充电电流的目的。
电流采样模块102和电压误差放大和采样A/D模块104工作流程为：电流采样模块102采集电流模拟量并转换为电压量，电压误差放大和采样A/D模块104对这个比较微弱的电压量进行误差放大，然后经过A/D转换为数字电压量，这个数字电压量与采集前的模拟电流量有严格的对应关系。
充电状态控制模块105的工作流程为：充电状态控制模块105从其数据采集接口读取电压误差放大和采样A/D模块104送来的数字电流数据，根据一定的算法和充电控制规则对这个数据进行处理，根据电池充电情况调整充电电流，达到为电池充电的目的。充电状态控制模块105调整充电电流的方式是，通过其充电控制接口发送多级控制信号，用来调整充电电源反馈模块106的反馈参数，该参数用来调整充电电源的输出电压，此输出电压与充电电流为一一对应关系。
充电电源反馈模块106的工作方式是：将充电状态控制模块105送来的多级控制信号处理成不同的电阻数值，从而改变了DC/DC电路模块101的反馈分压比，不同的级别代表不同的电压，不同电压产生不同的充电电流。
如图2所示，电压误差放大和采样A/D模块104包括一个用于电压误差放大的放大器和一个A/D转换模块，放大器的正级连接在DC/DC电路模块101与电流采样模块102之间，负级连接在电流采样模块102与被充电电路模块103之间。
如图3所示，是本实用新型采用三级充电电压电流控制方式时的充电电源反馈模块106的具体电路及与其他模块的连接示意图，DC/DC电路模块101的Vout经电容C滤波后，不仅输出给与被充电电路模块103连接的电流采样模块102，还输出给充电电源反馈模块106的电阻R1，R1与R2串联，R2连接与DC/DC电路模块101与地之间，三级电压控制电路与R2并联连接。三级电压控制电路包括三组电阻及复合三级管，分别为电阻R3、R4、R5，复合三级管Q1、Q2、Q3，电阻R3、R4、R5的一端分别与复合三级管Q1、Q2、Q3的发射级连接，另一端连接在R2与R1之间，复合三级管Q1、Q2、Q3的集电级接地，基级连接于充电状态控制模块105。
本实用新型的充电压控制电路不限于三级，根据实际需要还可以是其他如四级、五级等。
Claims (5)
1、一种镍氢电池的充电装置，包括电源模块、电流采样模块、电压误差放大和采样A/D模块、被充电电路模块以及充电状态控制模块，所述充电状态控制模块具有数据采集接口和充电控制接口，其中，被充电电路模块通过电流采样模块与电源模块相连，电压误差放大和采样A/D模块与电流采样模块连接，充电状态控制模块连接于电压误差放大和采样A/D模块与电源模块之间，其特征在于，所述电源模块包括降压BUCK型直流/直流转换电路模块和充电电源反馈模块；所述电流采样模块是一个电阻。
2、如权利要求1所述的镍氢电池的充电装置，其特征在于，所述充电电源反馈模块包括第一电阻、第二电阻以及三极电压控制电路，所述第一电阻连接于直流/直流转换电路模块与第二电阻之间，所述第二电阻连接于直流/直流转换电路模块与地之间，所述三极电压控制电路与第二电阻并联连接。
3、如权利要求1或2所述的镍氢电池的充电装置，其特征在于，所述三级电压控制电路包括三组电阻及复合三级管；每组电阻及复合三级管中，电阻一端连接在同组的复合三级管的发射级，另一端接于所述第二电阻的一端，复合三级管的集电级接地，基级连接于所述充电状态控制模块。
4、如权利要求1所述的镍氢电池的充电装置，其特征在于，所述充电控制接口采用多级电压电流控制方式。
5、如权利要求1或2所述的镍氢电池的充电装置，其特征在于，所述电压误差放大和采样A/D模块包括一个用于电压误差放大的放大器和一个A/D转换模块，放大器的正级连接在直流/直流转换电路模块与电流采样模块之间，负级连接在电流采样模块与被充电电路模块之间。
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|---|---|---|---|---|
| CN102332735A (zh) * | 2011-06-22 | 2012-01-25 | 杭州炬华科技股份有限公司 | 用于镍氢电池的程控充电电路 |
| WO2017197750A1 (zh) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种充电控制方法、装置及系统 |
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| CN102332735B (zh) * | 2011-06-22 | 2013-06-05 | 杭州炬华科技股份有限公司 | 用于镍氢电池的程控充电电路 |
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