CN102684243A - 整合型电池充电器 - Google Patents
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Abstract
一种整合型电池充电器，包括：一壳体，用以容置充电用的零组件，其表面设有一充电座；一输入电源，将外部AC或DC电源转换成DC电源对充电座上的任一电池施以充电，并提供一基准电压源至一充电控制单元；一手动开关，其本体上设有可切换的绝缘操作介面，且绝缘操作介面裸露在壳体表面，其内部对应于充电座的数个充电回路；一充电控制电路，由充放电控制组的a接点及c接点组成，且电性连接于输入电源；一放电控制开关，包括一输入端、输出端及控制端；稳压电路，用以将输入的电源升压或降压至预定的DC电压；至少一USB输出埠，其连接于稳压电路的输出端，且其插孔裸露在壳体上。本发明具有增进充电器功效及安全性的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对AA或AAA可充电电池的充电、放电及供电所设计的充电器，以一手动开关同步控制来整合一「独立分开充电回路，串接合并放电回路」的电路构造，特别涉及一种整合型电池充电器。
现有技术
随着3C可携式电子产品的日益普及，电池需求量亦随之增加，由于一次性电池用完后需丢弃，不仅增加使用成本，亦造成环境污染问题。所以可充电电池(或称二次电池)相对于一次性电池，更可省钱及降低废电池的污染，因此使用数量不断增加，相对地电池充电器的需求也日益增长。
再者，目前的二次性电池包含有：锂离子电池(Li-ion)、镍氢(Ni-MH)或镍镉(Ni-Cd)；而可充电的碱性(Alkaline)电池等，亦可称之为二次电池。而最近有机电解单元的锂电池被广泛使用于携带型电子装置，因其具有高能量密度、低温特性及稳定的储存容量的特点。
但，目前的锂电池在使用上仍存有下述缺点：
一、各厂牌电子产品的锂电池的规格大都不相同，且纵使是同一厂牌的电子产品，例如：N牌手机，其下的锂电池种类可能有数十种，形成使用者在使用上的困扰。
二、锂电池含有电解单元，在过流状态时可能***，因此，在使用上仍有安全之虞。
三、目前的移动电源(Portable Power)，大都是使用内建的锂电池作为储能单元，但其非一般消费性产品的尺寸标准因此充饱无法取出单独使用，再者，纵使可以取出，亦因锂电池的规格实在太多样，以致实用性不高。
因此，镍氢(Ni-MH)、镍镉(Ni-Cd)或碱性(Alkaline)等可充电的二次电池，与锂电池相较之下，虽然储能密度不若锂电池，但其使用最广泛的AA或AAA电池，是全世界统一的规格，这也是其至今仍然广泛被使用的原因。但其使用上仍有下述不足之处：
一、现有的AA或AAA电池充电器，虽然已具有充电及放电功能，但其充电模式常呈多颗电池串联置于充电槽后，以同一充电回路对各电池一起充电，如此易造成过热、漏液(Leak)及充不饱的缺点。
二、现有的AA或AAA电池充电器，其充电槽内的数颗电池(一般为四颗)充饱后，要放电供可携式电子产品使用时，因为每颗电池的电压约仅有1.2V～1.5V，因此必须将其「串接」放电，才能得到(1.2V～1.5V)×4＝4.8V～6V的DC电压，而现有技术中揭露的电池串接放电，是利用半导体元件所构成的电子开关或继电器，借由其启闭操作，将多颗电池的正、负极串接，然后再合并放电供应充电电源。但电子开关在大电流放电上先天上存有内部阻抗的缺点，且其在从事关闭(OFF)与导通(ON)的操作时，会在上面消耗电能，亦常因电压与电流具有相位差的情况下，而有切换损失或涌流(Surge)的产生。而诸如此类影响，易使充电器当储能放电器使用时其本身的效能降低，因此，以其作为各电池串接的开关元件，并不是最好的选择；是故，尚有改善空间。
是以，本发明人多年来对于电池充/放电器，积极投入研发，并且不断改进，以期能克服上述问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种整合型充电器。
本发明的主要目的是，改进目前锂电池及镍氢/镉电池充电器的缺点，具充电槽内的各电池的充电或放电模式的切换，是以一手动开关同步切换一次到位控制来达成，具有操作便捷，且其无电子开关所存在的内部电阻或切换损失的问题，具有可提升充电及放电效能的功效增进。
本发明的又一目的是，其可单独对一颗或数颗电池分开充电，可避免多颗电池串接充电所产生的过热、漏液及充不饱等缺点，且可在同一机体下，直接将电池串接合并输出放电，并经升降压电路处理后，提供一稳定的DC 5.0V USB标准电源输出。
本发明的再一目的是，其电池呈独立分开充电模式后，可取出供电子产品使用，成为一充电器(Charger)，亦可借由一手动开关的切换，成为串接合并放电模式，并于稳压后输出DC电源给可携式电子产品充电，成为一放电器(Discharger)，另可于无置入电池或装置电力不足时，直接提供DC充电电源，而成为一变压器(Adaptor)。此外，该充电器携带外出时，即成为一移动电源(Portable Power)，并可于电力不足时，以携带备用的二次电池，甚至是碱性一次电池，皆可置入放电，成为一紧急供电器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一壳体，用以容置充电用的零组件，其表面设有一充电座，该充电座内设有可供数颗AA或AAA电池置入的充电槽，该充电槽一端为正极端，对应端为负极端，且该壳体设有一能与外部电源连接的插头；
一输入电源，其将外部AC或DC电源转换成DC电源对该充电座上的任一电池施以充电，并提供一基准电压源至一充电控制单元；
前述充电控制单元的输入端与该输入电源间，连接一电压控制单元及一电流控制单元，据以构成一充电电路，且其输出端至少设有数个充电电流控制电路，使该充电座形成数个独立分开充电回路，各充电回路的输出端连接至各充电槽的正极端；
一手动开关，其本体上设有可切换的绝缘操作介面，且该绝缘操作介面裸露在壳体表面，其内部对应于该充电座的数个充电回路n，设有n-1组的机械式切换单元SW1～SWn-1，使该相邻二充电回路之间具有一组机械式切换单元，而该手动开关最后一组的机械式切换单元SWn为一独立的充放电控制组；再者，各机械式切换单元SW1～SWn分别具有a、b、c三个接点，其中该第1～n-1组的机械式切换单元SW1～SWn-1的a接点接地或经一电流侦测电阻接地，且b接点连接在其下一个充电回路的正极端，c接点电性连接于各该对应充电槽的负极端；再者，作为充放电控制组的第n组机械式切换单元SWn的a接点，为一充电控制端，b接点为一放电控制端，而c接点则为电源控制端；又该手动开关的绝缘操作介面切换，连动设于其底面的n片独立的导电端子同步位移，且各该导电端子被切换至任一位置时，其一端始终与其对应的c接点保持电性连接，而另一端仅与a接点或b接点其中的一呈电性连接；
一充电控制电路，其是由该充放电控制组的a接点及c接点所组成，且电性连接于该输入电源，用以控制该输入电源关闭或输出充电电源至该充电座；
一放电控制开关，其包括一输入端、输出端及控制端，该输入端连接于该充电座内第一充电槽的正极端，该输出端连接一稳压电路，该控制端电性连接于该充放电控制组的b接点，用以控制该输入端与该输出端导通或关闭，使充电座内的各电池呈串接合并的放电电流输出至该稳压电路；
该稳压电路，用以将输入的电源升压或降压至预定的DC电压；
至少一USB输出埠，其连接于该稳压电路的输出端，且其插孔裸露在该壳体上；
借此，当该手动开关切换至充电模式时，所有n组的机械式切换单元SW1～SWn同步形成各该c接点与各a接点导通，使各充电回路上的电池，呈独立分开充电模式；并同步使该放电控制开关E关闭(OFF)，且控制该充电控制电路A导通(ON)，使充电电流对各电池充电，又当该手动开关切换式至放电模式时，所有n组的机械式切换单元SW1～SWn同步形成各c接点与各b接点导通，使各充电回路上的电池，呈串接合并放电模式，并同步使该充电控制电路A关闭(OFF)且该放电控制开关E导通(ON)，使各电池串接输出放电电流，据以构成以单一手动开关整合充电与放电回路之间的独立分开充电或串接合并放电，并同步控制其充电电流及放电电流的启闭(ON/OFF)。
前述的整合型电池充电器，其中充电座的n组充电回路的n包括为2组、4组或8组；而手动开关对应的n-1组机械式切换单元SW1～SWn-1包括为1组、3组或7组，且该1组、3组或7组另外再各加上最后第n组独立的机械式切换单元SWn作为该充放电控制组所构成。
前述的整合型电池充电器，其中手动开关包括由一滑动开关(SlideSwitch)、按键式开关或拨段式开关所构成，其每一组机械式切换单元包括至少有三支接脚(Pin)。
依据前述特征，本发明充电器的使用模式包含：
a).在有外部电源的情况下：
i).当该手动开关切换至充电模式时，该充电座内的数个可充电电池，呈独立分开充电回路，且该充放电控制组同步控制该充电控制电路A导通(ON)，而该放电控制开关E关闭(OFF)，据以构成一电池充电装置(Battery Charger)；
ii).当该手动开关切换至放电模式时，该充电座内的各电池，呈串接合并放电回路，且该充放电控制组同步控制使该充电控制电路A关闭(OFF)，而该放电控制开关E导通(ON)，使串接的放电电流输出经该稳压电路予以稳压，再由该USB输出埠提供所需电力，据以成为一放电器(Discharger)；
进一步，该输入电源更可包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该输入电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器可同时独立分开对电池充电又可以同时输出USB电力，据以形成一充电器加变压器(Adaptor)的双功能装置，可同时对电池充电也同时提供电子产品电力。
进一步，该交换式电源更包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该交换式电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器若无放入电池充电时也可以输出USB电力，据以形成一变压器(Adaptor)装置，直接提供电子产品电力。
b).在无外部电源的情况下：
i).当该手动开关切换至充电模式时，各充电回路无充电电流；
ii).当该手动开关切换至放电模式时，该充电座内置入已充电的备用二次电池或一次电池，呈串接合并放电回路，并以该充放电控制组同步控制使该放电控制开关E导通(ON)，使串接合并的放电电流经该稳压电路予以稳压，再由该USB输出端口提供可携式电子产品所需电力，据以构成一移动电源(Portable Power)或紧急供电装置。
前述的整合型电池充电器，其中输入电源更包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该输入电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器可同时独立分开对电池充电又可以同时输出USB电力，据以形成一充电器加变压器(Adaptor)的双功能装置，可同时对电池充电也同时提供电子产品电力。
前述的整合型电池充电器，其中输入电源更包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该输入电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器若无放入电池充电时也可以输出USB电力，据以形成一变压器(Adaptor)装置，直接提供电子产品电力。
前述的整合型电池充电器，其中充电座的负极端设有一电流侦测元件，该电流侦测元件包括由一电阻所构成，并与该电流控制单元连接；再者，该充电电流控制电路的输出端更包括设有一防逆流元件；另，该输入电源与该电流及电压控制单元之间更设有一开关。
前述的整合型电池充电器，其中防逆流元件，包括由二极管或MOSFET所构成。
前述的整合型电池充电器，其中放电控制开关E包括为一与该充放电控制组的b接点连动的机械式开关或电子式开关所构成，且该放电控制开关E包括连接该稳压电路外部或内建在该稳压电路内部。
前述的整合型电池充电器，其中充电控制单元更连接有一显示单元，该显示单元设于该壳体表面。
借助上述技术手段，本发明是不增加充电器的体积，而以巧妙的「独立分开充电、串接合并放电」及「充电与放电模式、同步切换一次到位控制」的电路架构，且配合手动开关的切换模式予以整合，而能解决现有镍氢/镉二次电池充电器及锂电池移动电源的问题点，具有效能及安全的功效增进。
本发明的有益效果是，本发明改进目前锂电池及镍氢/镉电池充电器的缺点，其充电槽内的各电池的充电或放电模式的切换，是以一手动开关同步切换一次到位控制来达成，具有操作便捷，且其无电子开关所存在的内部电阻或切换损失的问题，具有可提升充电及放电效能的功效增进。
本发明可单独对一颗或数颗电池分开充电，可避免多颗电池串接充电所产生的过热、漏液及充不饱等缺点，且可在同一机体下，直接将电池串接合并输出放电，并经升降压电路处理后，提供一稳定的DC 5.0V USB标准电源输出。
本发明电池呈独立分开充电模式后，可取出供电子产品使用，成为一充电器(Charger)，亦可借由一手动开关的切换，成为串接合并放电模式，并于稳压后输出DC电源给可携式电子产品充电，成为一放电器(Discharger)，另可于无置入电池或装置电力不足时，直接提供DC充电电源，而成为一变压器(Adaptor)。此外，该充电器携带外出时，即成为一移动电源(Portable Power)，并可于电力不足时，以携带备用的二次电池，甚至是碱性一次电池，皆可置入放电，成为一紧急供电器。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的外观立体示意图。
图2是本发明较佳实施例的电路架构示意图。
图3A是本发明四个独立充电的示意图。
图3B是本发明四个串接放电的示意图。
图4A是本发明二个独立充电的示意图。
图4B是本发明二个独立放电的示意图。
图5A是本发明的充电控制示意图。
图5B是本发明的放电控制示意图。
图6A、图6B是本发明的手动开关的一可行实施例结构示意图，其中图6A显示充电状态，图6B显示放电状态。
图6C、图6D是本发明的手动开关另一可行实施例结构示意图，其中图6C显示充电状态，图6D显示放电状态。
图7是本发明的一操作程序流程图。
图8是本发明的一使用状态参考图，其显示该充电器与外部电源连接。
图9是本发明作为充电器使用的示意图。
图10是本发明作为放电器使用的示意图。
图11是本发明作为变压器使用的示意图。
图12是本发明同时作为变压器及充电器使用的示意图。
图13是本发明携带外出作为移动电源的示意图。
图中标号说明：
10充电器 31绝缘操作介面
10A充电装置 32导电端子
10B放电器 33接脚
10C变压器 40充放电控制组
10D变压器/充电器 50稳压电路
10E移动电源/紧急供电装置 60USB输出埠
11壳体 61传输线
12充电座 70辅助供电电源
121正极端 80外部电源
122负极端 90电子产品
13插头 A充电控制电路
131电源线 E放电控制开关
14充电电路 C1～C4充电槽
20输入电源 B1～B4电池
21基准电压源 SW1～SWn机械式切换单元
22充电控制单元 D1～D4极管
23电流控制单元 Ic充电电流
24电压控制单元 Id放电电流
25充电电流控制电路 Ip供电电流
251防逆流元件 a充电控制端
26充电回路 b放电控制端
27电流侦测元件 c电源控制端
28开关 d输入端
29显示单元 e输出端
30手动开关 f控制端
具体实施方式
本发明的一具体实施例揭述如下，请参阅图1，其揭述在一具体实施例中的一电池充电器10外观图，如图所示，该充电器10包含有一壳体11，用以容置包覆充电用的零组件(例如：交换式电源、充电电路等元件)，且该壳体11表面设有一充电座12，该充电座12至少设有可供数颗AA或AAA电池B1～B4置入的数个充电槽，本实施例中，该充电槽C1、C2、C3、C4为四个，但不限定于此。在小型充电器中，二个充电槽亦可实施。但，下述实施例的说明及附图是以四个充电槽作说明。再者，该壳体11设有一能与外部电源80连接的插头13，本实施例中，该插头13是设于该壳体11底部，并成可收折状态，但，亦可使用一电源线131接出，或利用可替换插头13与外部电源80连接亦可实施。
在该壳体11侧边设有至少一个的USB输出埠60，且其连接插孔裸露在该壳体11，用以作为外部DC电力供应输出端子。此外，一手动开关30，其绝缘操作介面31裸露在壳体11，本实施例中所述的手动开关30，为一两段式滑动开关(Slide Switch)，但不限定于此，按键式或拨段式开关，亦可实施。但，为配合本发明的充电座12内的分开独立充电回路，因此该手动开关30内部是如图6A所示，必须至少设有二组以上的机械式切换单元SW1～SWn，亦即该手动开关30必须具有数支接脚33，使每一组机械式切换单元SW1～SWn至少由3个接点所形成，其构造容后再与充电电路一并揭述。
另，图1中的充电座12的上方，虽然未揭示一外盖，但不限定于此，亦即其可设有上盖。此外，该壳体11表面设有数个显示单元29，其可由LED所构成，用以显示各充电槽C1～C4的充电状态。而每一充电槽则设有一正极端121及一对应的负极端122。
请再参阅图2，其揭述本发明的一较佳实施例的电路架构示意图，此一电路架构的零组件大部分容置在该壳体11内，仅少部分元件裸露于壳体11表面，其大体上包含有：
一输入电源20，其将AC或DC电源转换成DC电源，对充电座12上的可充电电池B1～B4施以充电，并提供一基准电压源21至一充电控制单元22，该充电控制单元22为一具有微电脑的控制器(MCU)，借由执行预定序列以控制该充电电路的各元件的操作。
前述充电控制单元22的输入端与该输入电源20，连接一电流控制单元23及一电压控制单元24，且其间更可包括设有一开关28。但，上述元件所构成的充电电路14属现有技术(Prior Art)，容不赘述。
本发明进一步揭述该充电控制单元22的输出端设有数个独立的充电电流控制电路25，其可包括由电路开关或元件所构成，例如可由一PWM驱动电路所构成，但不限定于此，其输出端各连接一防逆流元件251，其可由二极管D1～D4或MOSFET所构成，使该充电座12形成四个独立的充电回路26。该充电回路26可参阅图3A所述，其是配合第一充电槽C1到第四充电槽C4，分别对应形成第一充电回路～第四充电回路26。此一电路架构的目的，在于使充电座12内的四个充电槽C1～C4，形成四颗电池B1～B4分开充电的独立充电模式，亦即充电座12内即使仅置入一颗二次电池，仍然可以充电。
一电流侦测元件27连接在该充电座12的负极端，其可由一电阻(R)所构成，并与该电流及电压控制单元23，24连接，用以侦测电流经该充电座12的充电，做电压回授电流控制，且可由此处来做调整。此外，另一种充电控制方式，亦可由该充电电流控制电路25设定电流，使充电电流为恒定，亦可实施。
一手动开关30，其本体上设有可切换的绝缘操作介面31，且该绝缘操作介面31裸露在壳体11表面，如图1所示。又如图3A所示，该手动开关30其内部对应于该充电座12的数个充电回路n，设有n-1组的机械式切换单元SW1～SWn-1，使该相邻二充电回路之间具有一组机械式切换单元，而该手动开关30最后一组的机械式切换单元SWn为一独立的充放电控制组40；再者，各该机械式切换单元SW1～SWn分别具有a、b、c三个接点，其中该第1～n-1组的机械式切换单元SW1～SWn-1的a接点接地或经一电流侦测电阻(R)接地亦可，且b接点连接在其下一个充电回路的正极端，例如：SW1接在B2的正极端，SW3接在B4的正极端，此外，c接点电性连接于各该对应充电槽C1～C3的负极端，而最后一组充电槽C4的负极端122接地；再者，作为充放电控制组40的第n组机械式切换单元SWn的a接点，为一充电控制端，b接点为一放电控制端，而c接点则为电源控制端(CONTROL H/L)，其可连接于输入电源20或接地，形成控制回路；又，如图6A、图6B所示，该手动开关30的绝缘操作介面31切换时，连动设于其底面的n片独立的导电端子32同步位移，且各该导电端子32被切换至任一位置时，其一端始终与其对应的c接点保持电性连接，而另一端仅与a接点或b接点其中的一呈电性连接；本实施例中，该n为4，即有4个充电回路及4个机械式切换单元，但不限定于此。
一充电控制电路A，其是由该充放电控制组40的充电a接点及c接点所构成，且电性连接于该输入电源20，用以控制该输入电源20关闭或输出充电电源至该充电座12；
一放电控制开关E，其包括输入端d、输出端e及控制端f，该输入端d连接于该充电座12内第一充电槽C1的正极端121，该输出端e连接一稳压电路50，该控制端f电性连接于该充放电控制组40的b接点，用以控制该输入端d与该输出端e导通(ON)或关闭(OFF)，使该充电座12内的各电池B1～Bn呈串接合并的放电电流Id输出至该稳压电路50；又该放电控制开关E包括为一与该充放电控制组40的b接点连动的机械式开关或电子式开关所构成，且该放电控制开关E包括连接该稳压电路50外部或内建在该稳压电路50内部。
该稳压电路50，用以将输入的电源升压或降压至预定的DC电压；
至少一USB输出埠60，其连接于该稳压电路50的输出端，且其插孔裸露在该壳体11上；
借此，当该手动开关30切换至充电模式时，所有n组的机械式切换单元SW1～SWn系同步形成各c接点与各a接点导通，使各该充电回路26上的电池B1～Bn，呈独立分开充电模式；并同步使该放电控制开关E关闭(OFF)，且控制该充电控制电路A导通(ON)，使充电电流Ic对各电池充电，又当该手动开关30切换式至放电模式时，所有n组的机械式切换单元SW1～SWn同步形成各c接点与各该放电的b接点导通，使各充电回路上的电池B1～Bn，呈串接合并放电模式，并同步使该充电控制电路A关闭(OFF)且该放电控制开关E导通(ON)，使各电池串接输出放电电流Id，据以构成以单一手动开关30整合充电与放电回路之间的独立分开充电或串接合并放电，并同步控制其充电电流Ic及放电电流Id的启闭(ON/OFF)。
本实施例中，以该最下方的机械式切换单元(SWn，n＝4)作为该充放电控制组40，在此一机械式切换单元SWn中，该b接点与该放电控制开关E连接，其余的机械式切换单元SW1～SW3，其上的各b接点分别电性连接于该下一个充电槽C2～C4的正极端。如此一来，当手动开关30如图3A及图6A所示，该绝缘操作介面31向下切换时，则同步带动c接点上的导电端子32向下位移，此时第一～第四充电回路的充电槽C1～C4的负极端皆形成接地，如此每一个充电槽C1～C4即成为一独立充电回路，只要在任一充电槽C1～C4中，置入一颗可充电电池，即可单独以充电电流(IC1～IC4)对该电池充电。此与现有充电器，必须四颗一组或两颗一组充电的模式不同，是故，本发明的充电器10，一颗电池也可以充电，不仅使用上便利，且不易造成过热或充不饱等缺点。
承上，上述充电槽C1～C4中的电池B1～B4，无论几颗都可以充电，且充饱的也可以先取出使用。
接着，如要将第一～第四充电槽C1～C4内已充饱的电池B1～B4放电输出，则如图3B及图6B所示，将该手动开关30向上切换，而对应于图1所裸露的绝缘操作介面31，则是将其推向另一侧，此时c接点上的导电端子32同步向上位移，同时与各机械式切换单元SW1～SW4的b接点导通，此时，该充电座12内的各电池B1～B4，呈串接合并放电回路，令该放电控制开关E导通(ON)，使放电电流Id输出。
又，该稳压电路50，其输入端连接在该放电控制开关E的输出端e，用以将该放电电流Id予以稳压处理，本实施例中，该稳压电路50可为一种同步升降压DC/DC转换器所构成，此类型升降压IC技术已广泛被使用，可提供一个很稳定且精准的电压输出，因此其内部电路，容不赘述。
由于，四颗镍氢/镉二次电池B1～B4，其串接放电的电压只有1.2V×4＝4.8V，仍不足DC 5.0V USB标准电源输出，所以必须升压。此外，由于碱性一次电池的电压为1.5V，四颗合计为6V，所以其放电电流则与二次电池的升压相反，其必须将6V降为5V，是以，本发明采用上述的稳压电路50，能针对不同电池的放电，提供升压或降压的稳压处理，确保由USB输出埠60所提供的电力，都是稳定且精准的电压。
借助上述技术手段，如图5A、图5B所示，其可清楚显示本发明的控制手段，即以该手动开关30的第n组机械式切换单元SWn作为充放电控制组40，其a接点作为导通该充电控制电路A，而b接点则作为导通该放电控制开关E，刚好形成两个相反功能的控制。即当手动开关30切换至充电模式时，各机械式切换单元SW1～SWn的c接点与a接点导通(ON)，于是充电座12内的各电池系呈独立分开充电回路，且充电控制电路A呈导通(ON)，让充电电流(I)进入充电座12，且在同时，该放电控制开关E即自动形成断路(OFF)，使其呈现如图5A所示的充电状态。反之，则如图5B所示，当手动开关30切换至放电模式时，各机械式切换单元SW1～SWn的c接点与b接点导通(ON)，于充电座12内的各电池呈串接合并放电回路，且充电控制电路A呈断路(OFF)，而放电控制开关E则呈现导通(ON)，输出放电电流Id。本发明此一充/放电回路及开关同步切换控制的特征，在充电座12对电池充电时，自动关闭输出放电电流Id，以避免输出的电路干扰影响到充电，而在放电时则自动将充电回路断路，以避免干扰到放电。至于，该充电控制电路A及放电控制开关E，最佳实施例即是分别利用该充放电控制组40的a接点及b接点来控制即可，本实施例中，该充放电控制组40的c、a接点即是该充电控制电路A的c、a接点，而b接点与放电控制开关E电性连接，亦即通过电性连接，当c、a接点导通时，该充电控制电路A即形成导通(ON)。当c、b接点导通时，送出讯号使该放电控制开关E即形成导通(ON)。至于，该充电控制电路A及放电控制开关E的型式不限定于附图所示，只要可由该充放电控制组40的a、b接点同步切换的ON/OFF导通方式亦可实施。且由于a、b接点不会同时导通，而是呈现反向切换控制，因此必呈一个接点导通而另一个接点断路，本发明运用此一技术手段，即可很便捷地达到切换使用。也因此，使本发明得以整合多种功能于一机体上，而不会增加体积或结构上的困难度，得以实现本发明的目的。
本发明除前述「分开独立充电、串接合并放电」及「充电及放电模式、同步切换一次到位控制」的手段特征外，本发明进一步采用了一个手动开关30。如现有技术中所述，电子式开关存在有内阻而导致耗损，压降而使功率下降，及时间延迟而影响装置充电的缺点。
是以，本发明巧妙采用该手动开关30使上述「独立分开充电、串接合并放电」及「充电及放电模式、同步切换一次到位控制」的特征得以实现。虽然滑动开关(Slide Switch)属现有技术，其切换原理不再赘述，但本发明设计一个两段式多接脚的滑动开关，如图6A、图6B所示。本实施例中，该手动开关30内部具有12个接点，并延伸出12支接脚33，三个接点a、b、c一组，可成为四组机械式切换单元SW1～SW4，其中，四个导电端子32随该绝缘操作介面31位移，使其同步使c接点与所有a接点导通，或是使c接点与b接点同步导通。由于其切换是同步完成，无时间延迟，且其没有内阻及压降的缺点，有效解决了现有电子开关长期以来的问题点，进而得以提升放电及充电效能。
图6A、图6B所示的手动开关30有四组机械式切换单元(SW1～SWn，n＝4)。但，其组数是配合充电回路26而设定，例如有n个充电回路26，相对即有n组机械式切换单元，且第n组的机械式切换单元SWn，即为该充放电控制组40。依据此一原则，本发明的充电回路亦可多于四组，例如为八组。当然，亦可如图4A、图4B及图6C、图6D所示，该充电回路26为二组，此时，该手动开关30相对设有二个机械式切换单元(SW1～SWn，n＝2)，而第n组(即第2组)的机械式切换单元SW2即为充放电控制组40，其原理及各接点的接法，完全相同于前述四组机械式切换单元SW1～SW4，容不赘述。
又，该每一个充电槽C1～C4可各自置入充电电池B1～B4，当充电座12形成四个独立的充电回路时，如图6A、图6B所示，具有四个独立的充电电流IC1～IC4。但，本发明亦可如图6C、图6D所示，将二个充电槽(C1、C2)及(C3、C4)予以电性连接，则此时的充电回路提供二个独立的充电电流(IC1～IC2)，此亦为本发明可实施的模式。
是以，本发明较佳可行实施的样态，该充电座的n组充电回路的n包括为2组、4组或8组；而手动开关30对应的n-1组机械式切换单元(SW1～SWn-1)包括为1组、3组或7组，且该1组、3组或7组另外再各加上最后第n组独立的机械式切换单元SWn作为该充放电控制组40所构成。
进一步，如图2所示，本发明可由该输入电源20连接一辅助供电电源70连接至该稳压电路50，、由其予以稳压处理后，再由USB输出埠60提供USB标准电源。
本发明的一具体实施例在充电控制单元22控制的一操作程序由图7的一流程图显示。在步骤S1中判定是否有输入电源20，在有输入电源20的判定上，进而在步骤S2中判定手动开关30是切换至充电模式或放电模式。若经判定为充电模式，则前进至步骤S3，使充电座12内的电池呈独立分开充电回路模式，此时该充放电控制组40，同步使该放电控制开关E关闭(OFF)，而该充电控制电路A导通(ON)，呈充电模式，接着进入步骤S4，以判定充电座12内是否有可充电的电池。
在步骤S4中，若有可充电的电池，则前进步骤S5中，启动独立分开充电回路，然后在步骤S6，判定充电是否完成，未完成时则继续充电，当判定为充电完成时，则进入步骤S7停止充电。当然停止充电后，仍可作微充，容不赘述。
在前述步骤S2中，若判定手动开关30是切换至放电模式，则进入步骤S8，此时充电座12内的电路呈串接合并放电回路，且该充放电控制组40，同步使该充电控制电路A关闭(OFF)，输入电源20关闭，而放电控制开关E导通(ON)，呈放电模式，接着在步骤S9中判定是否有电池，如判定有电池则前进到步骤S10，启动该串接合并放电回路，使各电池串接放电，若是属于较低电压(4.8V)的二次电池，则进到步骤S11中的稳压处理，稳压电路50即会主动作升压处理，若是属于较高电压(6V)的一次电池，则进到步骤S11时，则作降压处理，但步骤S11的升压或降压皆以稳压电路50来处理，并输出稳定DC 5.0V标准USB电压至步骤S21，提供外部电子产品电力。
在前述步骤S1若判定没有输入电源20，则进入步骤S14，判定该手动开关30呈切换至放电模式或充电模式，若判定为充电模式则不继续前进，若判定为放电模式，则进入步骤S15中，此时充电座12内的电路呈串接放电回路，此时可置入携带的紧急备电池，于是进入步骤S16中，判定充电座12内是否有电池，如果有则进到步骤S17，则接下来的S17～S18程序则相同于步骤S10～S11，而最后将到步骤S12中，由USB输出埠60输出标准电压的电力。
再者，在前述步骤S1判定有输入电源20时，在进入步骤S2的同时，其另一程序是由该输入电源20直接进入步骤S13中的辅助供电电源70，直接由该辅助供电电源70经步骤S11作稳压处理后至该步骤S12，由USB输出埠60输出标准电压的电力。且该辅助供电电源70在供电时，该步骤S8的放电模式关闭。
依据上述控制程序，使得本发明的充电器10在使用时可包含如下的模式：
a).在有外部电源80的情况下：
i).当该手动开关30的绝缘操作介面31切换至充电模式时，各充电回路26对该充电座12内的数个可充电电池B，呈分开独立充电回路，且该充放电控制组40同步使该充电控制电路A导通(ON)，而该放电控制开关E关闭(OFF)，据以构成一电池充电装置10A；如图8、图9所示的使用状态。而本发明作为充电器使用时，一颗或二颗电池也可以充电。
ii).当该手动开关30的绝缘操作介面31切换至放电模式时，该充电座12内的各电池B1～B4，呈一起串接合并放电回路，且该充放电控制组40同步控制使该充电控制电路A关闭(OFF)，而该放电控制开关E导通(ON)，使串接的放电电流Id经该稳压电路50予以稳压，由该USB输出埠60提供所需电力，据以成为一放电器10B；如图10所示的使用状态。
iii).另，亦可如图11所示，如果充电座12内的电池电力不足或无电池时，可由该辅助供电电源70直接提供一供电电流Ip经由该稳压电路50后，至该USB输出埠60，使该充电器10在有输出电源20的情况下，成为一变压器10C。且如图12所示，该充电器10可在对充电座12内的各电池B充电时，同时提供电力至USB输出埠60，使其在充电中，不影响提供电子品产所需电力。使其成为一变压器/充电器10D。
b).在无外部电源80的情况下：
i).当该手动开关30切换至充电模式时，各充电回路26无充电电流；此时该充电器10为不使用状态。
ii).当该手动开关30切换至放电模式时，该充电座12内可置入已充电的备用二次电池或一次电池B1～B4，呈一起串接合并放电回路，并以该充放电控制组40同步控制使该放电控制开关E导通(ON)，使串接的放电电流Id经该稳压电路50予以稳压，由该USB输出埠60，经传输线61提供可携式电子产品90所需电力，据以构成一移动电源或紧急供电装置10E；如图13所示的使用状态。
是以，本发明以一手动开关整合「独立分开充电回路」、「串接合并放电回路」，使其同步控制充电槽的充电及放电回路的改变及ON/OFF，其不仅操作便捷，且能有效解决现有充电器的问题点，而提升充放电效能，并得以融合多种功能于一机体，确具实用功效的增进。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种整合型电池充电器，其特征在于，包括：
一壳体，用以容置充电用的零组件，其表面设有一充电座，该充电座内设有可供数颗AA或AAA电池置入的充电槽，该充电槽一端为正极端，对应端为负极端，且该壳体设有一能与外部电源连接的插头；
一输入电源，其将外部AC或DC电源转换成DC电源对该充电座上的任一电池施以充电，并提供一基准电压源至一充电控制单元；
前述充电控制单元的输入端与该输入电源间，连接一电压控制单元及一电流控制单元，据以构成一充电电路，且其输出端至少设有数个充电电流控制电路，使该充电座形成数个独立分开充电回路，各充电回路的输出端连接至各该充电槽的正极端；
一手动开关，其本体上设有可切换的绝缘操作介面，且该绝缘操作介面裸露在壳体表面，其内部对应于该充电座的数个充电回路(n)，设有n-1组的机械式切换单元(SW1～SWn-1)，使该相邻二充电回路之间具有一组机械式切换单元，而该手动开关最后一组的机械式切换单元(SWn)为一独立的充放电控制组；再者，各该机械式切换单元(SW1～SWn)分别具有a、b、c三个接点，其中该第1～n-1组的机械式切换单元(SW1～SWn-1)的a接点接地或经一电流侦测电阻接地，且b接点连接在其下一个充电回路的正极端，c接点电性连接于各对应充电槽的负极端；再者，作为充放电控制组的第n组机械式切换单元(SWn)的a接点，为一充电控制端，b接点为一放电控制端，而c接点则为电源控制端(CONTROL H/L)，其连接于该输入电源或接地；又该手动开关的绝缘操作介面切换时，连动设于其底面的n片独立的导电端子同步位移，且各该导电端子被切换至任一位置时，其一端始终与其对应的c接点保持电性连接，而另一端仅与a接点或b接点其中之一呈电性连接；
一充电控制电路，其是由该充放电控制组的a接点及c接点所组成，且电性连接于该输入电源，用以控制该输入电源关闭或输出充电电源至该充电座；
一放电控制开关，其包括一输入端、输出端及控制端，该输入端是连接于该充电座内第一充电槽的正极端，该输出端是连接一稳压电路，该控制端是电性连接于该充放电控制组的b接点，用以控制该输入端与该输出端导通或关闭，使充电座内的各电池呈串接合并的放电电流输出至该稳压电路；
该稳压电路，用以将输入的电源升压或降压至预定的DC电压；
至少一USB输出埠，其连接于该稳压电路的输出端，且其插孔裸露在该壳体上；
借此，当该手动开关切换至充电模式时，所有n组的机械式切换单元(SW1～SWn)同步形成各该c接点与各该a接点导通，使各该充电回路上的电池，呈独立分开充电模式；并同步使该放电控制开关E关闭(OFF)，且控制该充电控制电路A导通(ON)，使充电电流对各电池充电，又当该手动开关切换式至放电模式时，所有n组的机械式切换单元(SW1～SWn)同步形成各c接点与各b接点导通，使各充电回路上的电池，呈串接合并放电模式，并同步使该充电控制电路A关闭(OFF)且该放电控制开关E导通(ON)，使各电池串接输出放电电流，据以构成以单一手动开关整合充电与放电回路之间的独立分开充电或串接合并放电，并同步控制其充电电流及放电电流的启闭(ON/OFF)。
2.根据权利要求1所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述充电座的n组充电回路的n包括为2组、4组或8组；而手动开关对应的n-1组机械式切换单元(SW1～SWn-1)包括为1组、3组或7组，且该1组、3组或7组另外再各加上最后第n组独立的机械式切换单元(SWn)作为该充放电控制组所构成。
3.根据权利要求2所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述手动开关包括由一滑动开关、按键式开关或拨段式开关所构成，其每一组机械式切换单元包括至少有三支接脚。
4.根据权利要求1所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述充电器的使用模式包含：
a).在有外部电源的情况下：
i).当该手动开关切换至充电模式时，该充电座内的数个可充电电池，呈独立分开充电回路，且该充放电控制组同步控制该充电控制电路(A)导通(ON)，而该放电控制开关E关闭(OFF)，据以构成一电池充电装置；
ii).当该手动开关切换至放电模式时，该充电座内的各电池，呈串接合并放电回路，且该充放电控制组同步控制使该充电控制电路(A)关闭(OFF)，而该放电控制开关(E)导通(ON)，使串接的放电电流输出经该稳压电路予以稳压，再由该USB输出埠提供所需电力，据以成为一放电器；
b).在无外部电源的情况下：
i).当该手动开关切换至充电模式时，各充电回路无充电电流，此时充电器为不使用状态；
ii).当该手动开关切换至放电模式时，该充电座内置入已充电的备用二次电池或一次电池，呈串接合并放电回路，并以该充放电控制组同步控制使该放电控制开关(E)导通(ON)，使串接合并的放电电流经该稳压电路予以稳压，再由该USB输出端口提供可携式电子产品所需电力，据以构成一移动电源或紧急供电装置。
5.根据权利要求4所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述输入电源更包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该输入电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器可同时独立分开对电池充电又可以同时输出USB电力，据以形成一充电器加变压器的双功能装置，可同时对电池充电也同时提供电子产品电力。
6.根据权利要求4所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述输入电源更包括连接出一辅助供电电源，该辅助供电电源连接至该稳压电路，将该输入电源予以稳压后供电至该USB输出埠，使该充电器若无放入电池充电时也可以输出USB电力，据以形成一变压器装置，直接提供电子产品电力。
7.根据权利要求1所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述充电座的负极端设有一电流侦测元件，该电流侦测元件包括由一电阻所构成，并与该电流控制单元连接；再者，该充电电流控制电路的输出端更包括设有一防逆流元件；另，该输入电源与该电流及电压控制单元之间更设有一开关。
8.根据权利要求7所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述防逆流元件，包括由二极管或MOSFET所构成。
9.根据权利要求1所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述放电控制开关(E)包括为一与该充放电控制组的b接点连动的机械式开关或电子式开关所构成，且该放电控制开关(E)包括连接该稳压电路外部或内建在该稳压电路内部。
10.根据权利要求1所述的整合型电池充电器，其特征在于，所述充电控制单元更连接有一显示单元，该显示单元设于该壳体表面。
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Effective date of abandoning: 20120919 |
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