CN207753480U - 一种智能充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能充电装置，包括电源输入接口、交流‑直流反激变换器、输入滤波隔离单元、输入选择单元、主控单元、直流‑直流同步变换器和输出接口；电源输入接口兼容交流电源与直流电源接入；交流电源由交流‑直流反激变换器进行变换，直流电源由输入滤波隔离单元进行滤波隔离，输入选择单元从这两个模块的输出端选一个送入直流‑直流同步变换器；直流‑直流同步变换器的控制端与主控单元的输出端相连，主控单元的第一、第二输入端均与输入选择单元的第二输出端相连，第三输入端与输出接口相连，输出接口具有电池识别功能；本实用新型提供的智能充电装置具有充电电流自适应的功能并可针对不同的待充电电池预设充电电流值。

Description

一种智能充电装置

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种智能充电装置。

背景技术

随着通信设备终端技术的迅猛发展，对在单兵作战时用于为各种电台和通信设备电池进行充电的充电机设备具有统一化、通用性需求。现有技术中充电机与各设备电池一一配对使用，同种电池对应地使用同种充电机。由于军用通信设备和单兵作战设备的多样化，上述的充电机在通用性方面已不能满足技术要求，存在如下缺陷：

(1)不兼容多种电源输入，只能以220V交流市电作为电源输入；不具备直流输入；

(2)不具备电池识别功能，不支持1wire通信协议，无法与智能电池进行通信，无法识别电池并查询电池数据；

(3)不兼容多种类型电池，不兼容并识别多种电压类型的电池。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种智能充电装置，其目的在于解决通用性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种智能充电装置，包括电源输入接口、交流-直流反激变换器、输入滤波隔离单元、输入选择单元、主控单元、直流-直流同步变换器和输出接口；

其中，电源输入接口兼容220V交流电源与24V直流电源的接入；对于接入的220V交流电源则发送到交流-直流反激变换器进行交直流变换处理，获得第一直流电压；对于接入的24V直流电源，则发送到输入滤波隔离单元进行滤波隔离处理，获得第二直流电压；输入选择单元则用于从第一、第二直流电压中选择一个并对所选择的直流电压进行整流滤波；

直流-直流同步变换器的电压输入端与输入选择单元的第一输出端相连，控制端与主控单元的第一输出端相连，用于在主控单元的控制下对输入选择单元的输出电压进行电压变换；

主控单元的第一、第二输入端均与输入选择单元的第二输出端相连，第三输入端与输出接口相连；用于输入检测和电池识别，并用于实现整个充电装置的运行监测和保护；输出接口与直流-直流同步变换器的输出端相连；输出接口作为本智能充电装置用于连接外部待充电电池的接口。

优选的，上述的智能充电装置，还包括状态指示单元，与主控单元的第二输出端相连，用于显示电池电量、电池类型、以及智能充电装置的工作状态。

优选的，上述的智能充电装置，其状态指示单元采用LED灯实现，采用4个LED灯进行组合表示电量，采用2个LED灯进行组合表示电池类型，其中1个LED灯表示7.2V，另1个LED灯表示14.4V，工作状态由1个双色LED灯进行指示。

优选的，上述的智能充电装置，其交流-直流反激变换器包括输入滤波单元、有源功率因数矫正电路、反激DC/DC变换电路以及保护控制单元；

其中，输入滤波单元的输入端作为交流-直流反激变换器的输入端，有源功率因数矫正电路的第一输入端与输入滤波单元的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；反激DC/DC变换电路的第一输入端与有源功率因数矫正电路的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；保护控制单元的输入端与反激DC/DC变换电路的输出端相连；反激DC/DC变换电路的输出端作为交流-直流反激变换器的输出端。

优选的，上述的智能充电装置，其输入选择单元包括依次相连的输入选择电路和整流滤波电路；输入选择电路的输入端作为输入选择单元的输入端，整流滤波电路的输出端作为输入选择单元的输出端。

优选的，上述的智能充电装置，其主控单元包括输入检测单元、降压电路、控制芯片、电池充电管理单元和电池检测保护单元；输入检测单元的输入端作为主控单元的第一输入端，降压电路的输入端作为主控单元的第二输入端，电池检测保护单元的输入端作为主控单元的第三输入端；

控制芯片的第一输入端与输入检测单元的输出端相连，第二输入端与降压电路的输出端相连，第三输入端与电池检测保护单元的第一输出端相连；

电池充电管理单元的第一输入端与主控芯片的输出端相连，第二输入端与电池检测保护单元的第二输出端相连；电池充电管理单元的输出端作为主控单元的输出端。

优选的，上述的智能充电装置，其直流-直流同步变换器包括依次相连的DC/DC降压单元和输出滤波单元；DC/DC降压单元的第一输入端作为直流-直流同步变换器的电压输入端，第二输入端作为直流-直流同步变换器的控制端。

优选的，上述的智能充电装置，其输出接口具有1wire通信接口以及电池类型检测引脚；对于支持1wire协议的待充电电池，通过1wire协议读取该电池数据，实现准确的充电电流设置；对于不支持1wire协议的电池，通过电池类型检测引脚来识别电池类型，以及充电电流大小。

优选的，上述智能充电装置，电源输入接口具有5芯，通过更换电缆线即可实现交流电源接入和直流电源接入。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的智能充电装置可自动适应接入多种电池的充电，具有电量显示功能；并可通过同一接口可适配交流市电和24V车载直流电源；

(2)本实用新型提供的智能充电装置，由于具备自动识别功能，因此具有通用功能，适用于给多种设备进行充电，并可针对不同待充电电池采用预设的充电电流值，尤其适用于给多种军用通信设备锂电池进行充电，使用时只需更换充电线缆即可，达到高效充电和宽范围充电的目的。

附图说明

图1是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例的原理示意图；

图2是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例的控制功能组成示意图；

图3是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例的运行流程示意图。

图4是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例中的电池识别流程示意图；

图5是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例中的电池电量检测流程示意图；

图6是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例的充电管理流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，是本实用新型提供的智能充电装置的一个实施例的功能框图，包括电源输入接口、交流-直流反激变换器、输入滤波隔离单元、输入选择单元、主控单元、直流-直流同步变换器、状态指示单元和输出接口；

其中，电源输入接口兼容220V交流电源与24V直流电源的接入；对于接入的220V交流电源则发送到交流-直流反激变换器进行交直流变换处理，获得第一直流电压；对于接入的24V直流电源，则发送到输入滤波隔离单元进行滤波隔离处理，获得第二直流电压；输入选择单元则用于从第一、第二直流电压中选择一个并对所选择的直流电压进行整流滤波；

直流-直流同步变换器的电压输入端与输入选择单元的第一输出端相连，控制端与主控单元的输出端相连，用于在主控单元的控制下对输入选择单元的输出电压进行电压变换；

主控单元的第一、第二输入端均与输入选择单元的第二输出端相连，第三输入端与输出接口相连；用于输入检测和电池识别，并用于实现整个充电装置的运行监测和保护。直流-直流同步变换器既可接收经过隔离滤波处理的直流输入，也可接收由外部交流输入经过交流-直流反激变换器处理后的直流输入；输出接口与直流-直流同步变换器的输出端相连；输出接口作为本智能充电装置用于连接外部待充电电池的接口，具有1wire通信接口以及电池类型检测引脚。

其中，交流-直流反激变换器采用反激式拓扑结构，包括输入滤波单元、有源功率因数矫正电路、反激DC/DC变换电路以及保护控制单元；输入滤波单元的输入端作为交流-直流反激变换器的输入端，有源功率因数矫正电路的第一输入端与输入滤波单元的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；反激DC/DC变换电路的第一输入端与有源功率因数矫正电路的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；保护控制单元的输入端与反激DC/DC变换电路的输出端相连；反激DC/DC变换电路的输出端作为交流-直流反激变换器的输出端。其保护控制单元采用PWM控制芯片实现，用于调整和控制使输出具有稳定的电压、并起保护作用，转换效率可达95％。

输入选择单元包括依次相连的输入选择电路和整流滤波电路；输入选择电路的输入端作为输入选择单元的输入端，整流滤波电路的输出端作为输入选择单元的输出端。

主控单元包括输入检测单元、降压电路、控制芯片、电池充电管理单元和电池检测保护单元；输入检测单元的输入端作为主控单元的第一输入端，降压电路的输入端作为主控单元的第二输入端，电池检测保护单元的输入端作为主控单元的第三输入端；

控制芯片的第一输入端与输入检测单元的输出端相连，第二输入端与降压电路的输出端相连，第三输入端与电池检测保护单元的第一输出端相连；

电池充电管理单元的第一输入端与主控芯片的输出端相连，第二输入端与电池检测保护单元的第二输出端相连；电池充电管理单元的输出端作为主控单元的输出端。

直流-直流同步变换器包括依次相连的DC/DC降压单元和输出滤波单元；DC/DC降压单元的第一输入端作为直流-直流同步变换器的电压输入端，第二输入端作为直流-直流同步变换器的控制端。

实施例中，输入检测单元的电压检测采用电阻分压后由控制芯片进行ADC转换获得数字信号；电池检测保护单元的电压检测也采用同样的方式。输入选择电路由场效应管控制，防止直流输入反灌入交流-直流反激变换器的输出端。降压电路采用线性稳压器，用于给控制芯片供电。控制芯片采用8位单片机实现。电池充电管理单元采用同步PWM控制芯片，其输出电流可通过串口通信数据进行设置，实现输出电压控制。

实施例中，状态指示单元采用LED灯，具体地，由4个LED灯进行组合表示电量，由2个LED灯进行组合表示电池类型，其中1个LED灯表示7.2V，另1个LED灯表示14.4V，工作状态由1个双色LED灯进行指示。

参照图2是实施例的主控单元功能示意图，具体包括1wire协议管理、状态监测、充电管理以及中断管理；

其中，1wire协议管理包括协议初始化、数据发送和接收，1wire协议是用于实现与外部待充电的智能电池进行通信的基础协议，用于在电池识别中读取电池数据；状态监测包括电池类型识别、电量检测及显示、充电电流检测、输出电压检测，以及故障指示与保护；充电管理包括充电电流设置、输出电压调整、输出导通/关断控制；中断管理包括看门狗中断和定时器中断。

电池检测保护单元实时检测电池电量、充电电流并发送给控制芯片，控制芯片根据接收到的检测数据判断当前是否存在故障；若存在故障，则通过状态指示单元显示当前故障，并通过电池充电管理单元控制直流-直流同步变换器执行故障处理；若无故障则通过状态指示单元显示电量。充电管理单元根据控制芯片发出的空中信号调整充电方式，在电池端电压低于恒压充电阈值时采用恒流方式进行充电，电池端电压等于恒压充电阈值时采用恒压方式进行充电；中断管理用于初始化系统中断设置，当产生中断时，处理中断请求。定时中断用于给系统提供时基，看门狗中断用于在控制芯片程序运行错误时重启系统。

图3是本实用新型实施例提供的智能充电装置的运行流程示意图，具体如下：

(1)进行设备自检，先判断是否存在故障，若是，则进入步骤(2)；若否，则进入步骤(3)；

(2)进行故障指示与保护，并进入步骤(1)；

(3)进行设备初始化，并进行电池识别，判断是否已经接入电池，若否则再次进行电池识别，若是则进入步骤(4)；

(4)进行电量检测并显示电量；若电量已满，则关断充电输出；若否，则进入步骤(5)；

(5)根据接入电池的类型设置充电方式，在充电过程中进行充电管理，实时检测充电电流，判断电流是否超出预设值，若是，则关断充电输出并进入步骤(2)；若否，则进入步骤(4)。

参照图4是本实用新型实施例提供的智能充电装置的电池识别的流程示意图，具体如下：

(1)检测电池端电压，判断有无电压值，若无，则返回接口电池状态，多有，则进入步骤(2)；

(2)记录电压值，并通过1wire通信协议发送、接收数据，并判断是否收到数据，若是，则进入步骤(3)，若否，则进入步骤(4)；

(3)读取电池容量，并读取最大充电电流，进入步骤(5)；

(4)检测电池端电压并获取输出接口电缆线的引脚连接方式，进入步骤(5)；

(5)判断电池类型，并反馈接口电池状态。

实施例中可检测的电池类型包括支持1wire通信协议的电池和不支持1wire通信协议的电池。对于支持1wire通信协议的电池，通过通信协议根据从电池读取到的电池信息来设置充电电流和充电电压实现精确电流充电。对于不支持1wire通信协议的，则先检测电池端电压，再检测与电缆线的引脚连接方式判断为何种电池，然后根据预设电流值进行充电。

参照图5，是本实用新型实施例提供的智能充电装置进行电量检测的流程示意图，通过检测电池端电压，然后根据电压值查询电量表来判断出当前电量并显示。

参照图6，是本实用新型实施例提供的智能充电装置进行充电管理的流程示意图，具体如下：

(1)通过电池充电管理单元根据电池类型设置合适的充电电流、充电电压范围；

(2)判断电池端电压是否大于恒压阈值，若是，则进入步骤(3)；

(3)将充电模式设置为恒流充电，并设置充电电流，进入步骤(5)；

(4)将充电模式设置为恒压充电，并设置输出电压，进入步骤(5)；

(5)打开充电输出。

实施例提供的智能充电装置具有充电电流自适应的功能。为适应多种电池、自动适应电池充电电流，对各类待充电电池预设合适的充电电流值，达到高效充电和宽范围充电的目的。测试数据表明，该智能充电装置对于支持1wire协议的电池可实现准确充电，容量小于10AH的锂电池组均可在2小时内充满，20AH的电池组可在3.5小时内充满。

实施例提供的智能充电装置实现交流、直流一体输入，采用两种电源拓扑结构级联的方式实现交流和直流的接入，并保证效率大于85％，可广泛应用于单兵作战时为各种电台和通信设备电池进行充电，不受电源的限制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能充电装置，其特征在于，包括电源输入接口、交流-直流反激变换器、输入滤波隔离单元、输入选择单元、主控单元、直流-直流同步变换器和输出接口；

所述电源输入接口兼容220V交流电源与24V直流电源的接入；对于接入的220V交流电源则发送到交流-直流反激变换器进行交直流变换处理，获得第一直流电压；对于接入的24V直流电源，则发送到输入滤波隔离单元进行滤波隔离处理，获得第二直流电压；输入选择单元则用于从第一、第二直流电压中选择一个并对所选择的直流电压进行整流滤波；

所述直流-直流同步变换器的电压输入端与输入选择单元的第一输出端相连，控制端与主控单元的第一输出端相连，用于在主控单元的控制下对输入选择单元的输出电压进行电压变换；

所述主控单元的第一、第二输入端均与输入选择单元的第二输出端相连，第三输入端与输出接口相连；用于输入检测和电池识别，并用于实现整个充电装置的运行监测和保护；所述输出接口的一端与直流-直流同步变换器的输出端相连；另一端作为本智能充电装置用于连接外部待充电电池的接口。

2.如权利要求1所述的智能充电装置，其特征在于，所述交流-直流反激变换器包括输入滤波单元、有源功率因数矫正电路、反激DC/DC变换电路以及保护控制单元；

输入滤波单元的输入端作为交流-直流反激变换器的输入端，有源功率因数矫正电路的第一输入端与输入滤波单元的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；反激DC/DC变换电路的第一输入端与有源功率因数矫正电路的输出端相连，第二输入端与保护控制单元的输出端相连；保护控制单元的输入端与反激DC/DC变换电路的输出端相连；反激DC/DC变换电路的输出端作为交流-直流反激变换器的输出端。

3.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，所述输入选择单元包括依次相连的输入选择电路和整流滤波电路；输入选择电路的输入端作为输入选择单元的输入端，整流滤波电路的输出端作为输入选择单元的输出端。

4.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，所述主控单元包括输入检测单元、降压电路、控制芯片、电池充电管理单元和电池检测保护单元；输入检测单元的输入端作为主控单元的第一输入端，降压电路的输入端作为主控单元的第二输入端，电池检测保护单元的输入端作为主控单元的第三输入端；

所述控制芯片的第一输入端与输入检测单元的输出端相连，第二输入端与降压电路的输出端相连，第三输入端与电池检测保护单元的第一输出端相连；

所述电池充电管理单元的第一输入端与主控芯片的输出端相连，第二输入端与电池检测保护单元的第二输出端相连；电池充电管理单元的输出端作为主控单元的输出端。

5.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，所述直流-直流同步变换器包括依次相连的DC/DC降压单元和输出滤波单元；DC/DC降压单元的第一输入端作为直流-直流同步变换器的电压输入端，第二输入端作为直流-直流同步变换器的控制端。

6.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，所述输出接口具有1wire通信接口以及电池类型检测引脚；对于支持1wire协议的待充电电池，通过1wire协议读取该电池数据；对于不支持1wire协议的电池，通过电池类型检测引脚来识别电池类型。

7.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，还包括状态指示单元，与主控单元的第二输出端相连，用于显示电池电量、电池类型、以及智能充电装置的工作状态。

8.如权利要求7所述的智能充电装置，其特征在于，所述状态指示单元采用LED灯实现，采用4个LED灯的组合表示电量，采用2个LED灯的组合表示电池类型，采用1个双色LED灯指示工作状态。

9.如权利要求1或2所述的智能充电装置，其特征在于，所述电源输入接口具有5芯，通过更换电缆线即可实现交流电源接入和直流电源接入。