CN210092920U - 一种电池充电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池充电装置，通过将恒流电源的电流转化为单向脉冲电流对充电电池充电，解决了采用恒流电源对充电电池充电可靠性低、无法充满和减少电池寿命的技术问题。由于采用单向脉冲电流对充电电池充电，并依据充电电池的电压值的变化改变单向脉冲电流的占空比，使得充电电池的循环次数和寿命得到保证。

Description

一种电池充电装置
技术领域
本实用新型涉及可充电电池的充电技术领域，具体涉及一种电池充电装置。
背景技术
目前充电电池在人们的生产生活中起着越来越重要的作用，正确良好的充电装置可以确保充电电池的寿命。怎样可以更好的给充电电池充电，进而减少对电池的损伤，以延长和保证电池寿命就成为人们一直在考虑和解决的技术问题。
发明内容
本实用新型提供一种充电电池的充电装置，以优化现有技术中对充电电池进行充电的不足。
根据第一方面，一种充电电池的充电装置，包括：
恒流源，用于提供恒定电流；
供电电路，与恒流源连接，用于将所述恒定电流转化为单向脉冲电流输出，以为所述充电电池充电；
电压监测电路，与所述充电电池连接，用于监测所述充电电池的电压值；
第一控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值小于第一电压值时输出第一信号，所述供电电路接收到该第一信号后输出第一占空比的单向脉冲电流为所述充电电池充电；
第二控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值介于第一电压值和第二电压值之间时输出第二信号，所述供电电路接收到该第二信号后输出恒定的电流为所述充电电池充电；
第三控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值大于第二电压值时输出第三信号，所述供电电路接收到该第三信号后输出第二占空比的单向脉冲电流为所述充电电池充电。
进一步，所述供电电路包括第一开关管、第二开关管和负载；
所述恒流源的正极或负极通过第一开关管与所述充电电池的正极或负极连接；
第二开关管和负载串联连接在所述恒流源的正极与负极之间；
所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器分别与第一开关管和第二开关管连接，用于分别控制第一开关管和第二开关管的开关状态，以控制所述供电电路输出的单向脉冲电流的占空比；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管导通时，所述供电电路输出恒定电流为所述充电电池充电；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管关闭时，所述供电电路停止为所述充电电池充电。
进一步，第一开关管是场效应管Q1；和/或，第二开关管是场效应管Q2；
场效应管Q1的源极与所述恒流源的正极连接，场效应管Q1的漏极与所述充电电池的正极连接，场效应管Q1的栅极与所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器连接；
场效应管Q2的栅极与所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器连接；
场效应管Q2的源极与所述负载的一端连接，所述负载的另一端和场效应管Q2的漏极分别连接在所述恒流源的正极和负极之间。
进一步，所述负载包括电阻、电容和/或LED灯。
进一步，当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管导通时，同时控制第二开关管关闭，用于将所述恒流源输出的电流为所述充电电池充电；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管关闭时，同时控制第二开关管打开，用于停止为所述充电电池充电，并将所述恒流源输出的电流为所述负载供电。
进一步，所述第二占空比与所述充电电池的电压值成反比。
进一步，所述第一电压值为2.9V。
进一步，所述第二电压值为4.1V。
进一步，所述第一占空比为10％。
进一步，所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器是微处理器。
依据上述实施例的一种充电电池的充电装置，通过将恒流电源的电流转化为单向脉冲电流对充电电池充电，解决了采用恒流电源对充电电池充电可靠性低、无法充满和减少电池寿命的技术问题。由于采用单向脉冲电流对充电电池充电，并依据充电电池的电压值的变化改变单向脉冲电流的占空比，使得充电电池的循环次数和寿命得到保证。
附图说明
图1为一种充电电池充电曲线示意图；
图2为一种应急LED灯的电路图；
图3为一种实施例中充电电池的充电装置的结构示意图；
图4为一种实施例中充电电池的充电装置的结构示意图；
图5为一种实施例中充电电池的充电装置的电路示意图；
图6为一种实施例中充电电池的充电电流时序图。
具体实施方式
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。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
如图1所示，为一种充电电池充电曲线示意图，电池充电一般分三个阶段，分别是涓流、恒流和恒压。只有按此充电流程才能最好的保证电池循环次数和寿命。其充电电流一般为1C或者0.5C(1C指充电电流和电池容量相同，0.5C指充电电流为电池容量一半)。在充电电池的充电装置中，VCC引脚电压升至UVLO门限电平以上且在PROG引脚与地之间连接了一个精度为1％的设定电阻或当一个电池与充电器输出端相连。充电装置的一个充电循环具体流程包括：
如果BAT引脚电平低于2.9V，充电装置进入涓流模式，充电装置提供约0.1C的充电电流给充电电池，以便将电池电压先提升到一个安全电平，从而为实现满电流充电做准备。
当BAT引脚电压升至2.9V以上时，充电装置进入恒流模式，此时充电装置向电池提供恒定的充电电流。
当BAT引脚电压达到最终浮充电压4.2V时，充电装置进入恒压充电模式，且充电电流开始减小。
当充电电流降至初始设定的充电电流值的1/10时，充电循环结束。因为恒流电源无法更改充电电流的大小，所以不能满足图1所示的电池充电曲线的要求，因此恒流电源一般不会作为充电电池的优先电源，如果采用恒流电源则会出现充电后的电池容量不足。另外在充电过程中，由于充电池电池的电压随充电时间的延长，充电电池的电压也不断增加，必然导致充电电池的充电电流的不可控。
如图2所示，为一种应急LED灯的电路图，是应用恒流源对充电电池进行充电。当有外接电源输入时(即市电有电时)，LED驱动G1恒流电源正常工作，一组LED灯(n1灯至nN灯)点亮，同时为充电电池V1充电。当市电断电后，EN控制芯片G2控制LED灯n点亮。
在本申请实施例中提供一种充电电池的充电装置，通过将恒流电源的电流转化为单向脉冲电流对充电电池充电，解决了采用恒流电源对充电电池充电可靠性低、无法充满和减少电池寿命的技术问题。由于采用单向脉冲电流对充电电池充电，并依据充电电池的电压值的变化改变单向脉冲电流的占空比，使得充电电池的循环次数和寿命得到保证。
实施例一
请参照图3，为一种实施例中充电电池的充电装置的结构示意图，包括恒流源11、供电电路20、电压监测电路41、充电电池50、第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33。恒流源11用于提供恒定电流。供电电路20与恒流源11连接，用于将恒定电流转化为单向脉冲电流输出，以为充电电池50充电。电压监测电路41与充电电池50连接，用于监测充电电池50的电压值。
第一控制器31与供电电路20和电压监测电路41连接，用于当充电电池50的电压值小于第一电压值时输出第一信号，供电电路20接收到该第一信号后输出第一占空比的单向脉冲电流为充电电池50充电。第二控制器32与供电电路20和电压监测电路41连接，用于当充电电池50的电压值介于第一电压值和第二电压值之间时输出第二信号，供电电路20接收到该第二信号后输出恒定的电流为充电电池50充电。第三控制器33与供电电路20和电压监测电路41连接，用于当充电电池50的电压值大于第二电压值时输出第三信号，供电电路20接收到该第三信号后输出第二占空比的单向脉冲电流为充电电池50充电。一实施例中，第二占空比为一变化值，随充电电池50的电压值的变大而变小，即第二占空比与充电电池50的电压值成反比。一实施例中，第一电压值为2.9V，第二电压值为4.1V，第一占空比为10％。
请参照图4，为一种实施例中充电电池的充电装置的结构示意图，包括恒流源11、第一开关管21、第二开关管22、负载23、第一控制器31、第二控制器32、第三控制器33、电压监测电路41和充电电池50。一实施例中，供电电路包括第一开关管21、第二开关管22和负载23。恒流源11的正极或负极通过第一开关管21与充电电池50的正极或负极连接。第二开关管22和负载23串联连接在恒流源11的正极与负极之间。
第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33分别与第一开关管21和第二开关管22连接，用于分别控制第一开关管21和第二开关管22的开关状态，以控制供电电路20输出的单向脉冲电流的占空比。当第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33控制第一开关管导通时，供电电路20输出恒定电流为充电电池50充电。当第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33控制第一开关管21关闭时，供电电路20停止为充电电池50充电。
一实施例中，当第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33控制第一开关管21导通时，同时控制第二开关管22关闭，用于将恒流源11输出的电流为充电电池50充电。当第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33控制第一开关管21关闭时，同时控制第二开关管22打开，用于停止为充电电池50充电，并将恒流源11输出的电流为负载23供电。电压监测电路41连接在充电电池50的正极和负极之间，用于监测充电电池50的电压值。电压监测电路41还与第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33连接，用于将监测的充电电池50的电压值发送给第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33。一实施例中，负载23包括电阻、电容和/或LED灯。一实施例中，第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33采用脉冲宽度调制(PWM)方式控制第一开关管21和第二开关管22。一实施例中，第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33是微处理器(MCU)。
请参照图5，为一种实施例中充电电池的充电装置的电路示意图，包括场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、微处理器MCU、恒流源U1、电压表V和充电电池V1。其中，第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33是微处理器(MCU)，负载23是电阻R1，第一开关管21和第二开关管22分别是场效应管Q1和场效应管Q2，电压监测电路41是电压表V，恒流源11是恒流源U1。场效应管Q1的源极与恒流源U1的正极连接，场效应管Q1的漏极与充电电池V1的正极连接，场效应管Q1的栅极与第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33(即微处理器MCU)连接。场效应管Q2的栅极与第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33(即微处理器MCU)连接。场效应管Q2的源极与负载23(即电阻R1)的一端连接，负载23(即电阻R1)的另一端和场效应管Q2的漏极分别连接在恒流源U1的正极和负极之间。一实施例中，负载23还可以包括电阻、电容和/或LED灯。
在图6所示的充电电路中，其中I0为恒流源输出的电流，I1为充电电池的充电电流，I2为负载电阻R1上的电流，依据基尔霍夫电流定律I0＝I1+I2。恒流源的基本特性是输出电流恒定不变，输出电压可以变化。微处理器MCU通过电压表监测充电电池电压确定场效应管Q1和场效应管Q2的导通状态，控制电流I1和电流I2的流向，以保证I0始终不变，进而可以维持恒流源U1的基本特性。
一实施例中，微处理器MCU调整场效应管Q1的导通时间调整充电电流I1，从而设定涓流、恒流、和恒压过程，以满足电池充电的基本特性，进而满足延长电池循环寿命和可靠性等特性。请参照图5，为一种实施例中充电电池的充电电流时序图，其中I0为恒流源输出的电流，I1为充电电池的充电电流，I2为负载上的电流，VBAT为监测的充电电池的电压值。
当充电电池的电压值VBAT小于第一电压值时，充电进入涓流模式，充电装置将恒流源的电流I0转化为第一占空比的单向脉冲电流I1为充电电池充电。
当充电电池的电压值VBAT介于第一电压值和第二电压值之间时，充电进入恒流模式，充电装置以恒流源的电流I0为所述充电电池充电。
当充电电池的电压值VBAT大于第二电压值时，充电进入恒压充电模式，将恒流源的电流转化第二占空比的单向脉冲电流I1为充电电池充电，且设定第二占空比为一变化值，随充电电池的电压值VBAT的变大而变小，即第二占空比与充电电池的电压值VBAT成反比。
一实施例中，第一电压值设定为2.9伏，第二电压值设定为4.1V。涓流模式时，设定单向脉冲电流I1的第一占空比在0-10％之间，优选10％。当充电电池的电压达到4.1V时，充电装置开始控制场效应管Q1导通，其单向脉冲电流I1的占空比随着充电电池的电压值VBAT越接近4.2V而越小，占空比和电压值VBAT成反比线性关系。充电电池的电压VBAT达到4.2V，停止充电。当电池自放电的电压值VBAT回到4.05V时，充电装置重新启动充电功能。
在本申请的实施例中，通过将恒流电源的电流转化为单向脉冲电流对充电电池充电，解决了采用恒流电源对充电电池充电可靠性低、无法充满和减少电池寿命的技术问题。由于采用单向脉冲电流对充电电池充电，并依据充电电池的电压值的变化改变单向脉冲电流的占空比，使得充电电池的循环次数和寿命得到保证。
以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种充电电池的充电装置，其特征在于，包括：
恒流源，用于提供恒定电流；
供电电路，与恒流源连接，用于将所述恒定电流转化为单向脉冲电流输出，以为所述充电电池充电；
电压监测电路，与所述充电电池连接，用于监测所述充电电池的电压值；
第一控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值小于第一电压值时输出第一信号，所述供电电路接收到该第一信号后输出第一占空比的单向脉冲电流为所述充电电池充电；
第二控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值介于第一电压值和第二电压值之间时输出第二信号，所述供电电路接收到该第二信号后输出恒定的电流为所述充电电池充电；
第三控制器，与所述供电电路和所述电压监测电路连接，用于当所述充电电池的电压值大于第二电压值时输出第三信号，所述供电电路接收到该第三信号后输出第二占空比的单向脉冲电流为所述充电电池充电。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述供电电路包括第一开关管、第二开关管和负载；
所述恒流源的正极或负极通过第一开关管与所述充电电池的正极或负极连接；
第二开关管和负载串联连接在所述恒流源的正极与负极之间；
所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器分别与第一开关管和第二开关管连接，用于分别控制第一开关管和第二开关管的开关状态，以控制所述供电电路输出的单向脉冲电流的占空比；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管导通时，所述供电电路输出恒定电流为所述充电电池充电；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管关闭时，所述供电电路停止为所述充电电池充电。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，第一开关管是场效应管Q1；和/或，第二开关管是场效应管Q2；
场效应管Q1的源极与所述恒流源的正极连接，场效应管Q1的漏极与所述充电电池的正极连接，场效应管Q1的栅极与所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器连接；
场效应管Q2的栅极与所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器连接；
场效应管Q2的源极与所述负载的一端连接，所述负载的另一端和场效应管Q2的漏极分别连接在所述恒流源的正极和负极之间。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述负载包括电阻、电容和/或LED灯。
5.如权利要求2所述装置，其特征在于，当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管导通时，同时控制第二开关管关闭，用于将所述恒流源输出的电流为所述充电电池充电；
当所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器控制第一开关管关闭时，同时控制第二开关管打开，用于停止为所述充电电池充电，并将所述恒流源输出的电流为所述负载供电。
6.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述第二占空比与所述充电电池的电压值成反比。
7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一电压值为2.9V。
8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述第二电压值为4.1V。
9.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一占空比为10％。
10.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器是微处理器。
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