CN203289122U - 适应多类型电池的充电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适应多类型电池的充电设备，包括用于对该充电设备进行供电的电源模块、控制器和与电池连接的充电模块，所述充电模块与所述控制器连接，其特征在于，所述充电模块具有若干种适应各类型电池的充电电路；还包括一电池检测电路，所述电池检测电路分别与所述控制器和电池连接。本实用新型提供的充电设备在判断充电电池的类型前预先对电池进行充电，有效提高了对电池的类型判断的准确性。

Description

适应多类型电池的充电设备

技术领域

本实用新型涉及一种充电设备，尤其是一种能够适应多种类型电池的充电设备。

背景技术

术语“充电电池”具有本领域公知的含义，一般是指充电次数有限的可充电的电池。目前应用最为广泛的充电电池为镍氢电池和锂电池。

镍氢电池是指有氢离子和金属镍合成的电池，镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。用在镍氢电池的制造上，金属镍主要分为两大类。最常见的是AB5一类，A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。

充电时：

正极反应：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH

放电时：

正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

负极：MH+OH-→M+H2O+e-

总反应：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNi5。

与镍镉电池相比，镍氢电池的电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的能量密度高，即同等体积的电池，镍氢电池比镍镉电池容量更大。理论上，镍氢电池是镍镉电池能量密度的1.5-2倍多。关于镍氢电池的结构和原理还可以参考：唐有根“镍氢电池”，化学工业出版社，2007年5月1日、中国专利200680024124.7、201110194572.4、02822964.9以及201120218530.5。

而且，对镍氢电池的充电方法及其充电器的结构和电路是已知的。例如，中国专利200610028240.8中公开了一种镍氢电池的充电装置，由变压器和多个整流二极管组成的整流器、若干显示充电状态的电流表头以及可以放置镍氢电池单元体的盒体组成，所述的盒体由在盒体中横向均布的条状铜排和嵌置在上述铜排间的、纵向设置的段状塑料隔板分隔成安放镍氢电池单元体的有限空间；所述的长条铜排经与它对应的电流表头、整流二极管、变压器和连接导线及每个电池单元体构成横向布局上的并联充电机构；而在单个安置电池单元体的两端，则通过电池单元体上下两端的连通,使从上至下的电池单元体呈串联状排布，并在对应的电流表头、整流二极管、变压器及导线的连结下构成纵向的串联状充电机构。

另外，中国专利200920218662.0提出一种镍氢电池智能充电器,通过充电器和判断镍氢电池智能充电器的输出电压范围和极性并开启充电的电池保护板的配合为镍氢电池充电,所述镍氢电池智能充电器与所述保护板通过保护板接充电正负端和保护板接充电热敏电阻检测端相连。该智能充电器能够在检测到对应的充电器才进行充电，并且镍氢电池智能充电器还可通过热敏电阻检测镍氢电池的温度，在镍氢电池的温度过高时停止充电防止意外发生。

此外，中国专利200810013905.7还提供了一种移动通信设备的镍氢电池充电方法,包括通过充电器对为移动通信设备供电的电池进行充电的充电过程,所述充电电池为一节镍氢电池或多节镍氢电池串联组成的电池组;在所述充电过程中包括对充电端子处的电压值进行检测,并将该电压值与设定值进行比较,进而判断出电池是否存在的电池检测过程;所述充电端子在有镍氢电池接入时连接电池的正极,所述设定值根据充电电池的额定容量确定。本实用新型所提出的镍氢电池充电方法,结合移动通信设备和镍氢电池的特点,在不增加硬件芯片、不改变移动通信设备原有充电电路的情况下,解决了在充电器对镍氢电池充电过程中随时准确检测电池是否存在的技术问题。

锂电池是指由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的实用新型家爱迪生使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2为原理的实用新型：

正极上发生的反应为：LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+XLi++Xe(电子)；

负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe====LixC6；

电池总反应为：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6。

一般来说，单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V），电池容量也不可能无限大。因此，常常需要将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。

自从锂电池诞生以来，研究人员对锂电池的结构和材料做了大量的研究和改进。在以前许多已经公开的专利申请文件以及授权的专利文献中都有记载和公开。例如，中国专利200610064192.8、201010541012.7、200810149607.0、03823155.7以及201010577095.5中均有公开和记载。上述文献的全部内容通过引用并入本文。

对锂电池的充电方法以及对锂电池进行充电的充电器也是已知的，如图1中所示的400mA电流完整的充电循环图，图中横坐标为充电时间，左边纵坐标为充电电流，右边纵坐标为电池电压。根据图1中横电流充电特性和恒电压充电特性可知，对锂电池一般采用恒定电流/恒定电压算法进行充电，即首先使用恒电流的方式对锂电池进行充电，然后使锂电池在恒压下对锂电池进行充电。然而，研究人员还对锂电池的充电方法以及相应的充电器进行深入且持久的探索，并且取得了许多可喜的成就。

例如中国专利200410026497.0公开了一种锂电池充电器，由第一整流滤波电路将市电输入的交流电处理后变成直流电,再输入脉宽调制电路，将该直流电变成高频交流电，高频交流电通过变压器耦合至次极，再经第二整流滤波电路处理后，提供充电池充电所需的电流电压；同时采用独特的恒流检测电路和恒压检测电路与脉宽调制电路结合进行恒流、恒压控制，从而使充电器具有高精度的恒压、恒流功能，本实用新型还具有很宽的输入电压范围,具有输出短路保护功能、防止电池电流反灌功能、输出线电压补偿功能,同时简化了电路指示灯设计。

此外，中国专利200810175875.X本实用新型是提供一种充电式锂电池的充电***,其中包括供应电源的一电源端,电源端的两端分别与第一开关装置及保护电路连接。第二开关装置与第一开关装置耦接,且第一开关装置与第二开关装置均耦接至保护电路。充电部与保护电路及第二开关装置耦接,且充电部具有复数充电槽,每一充电槽与定电压充电器联连接,且每一充电槽可容纳锂电池充电。直流-直流转换器,与上述该等定电压充电器耦接,再以一控制器分别与直流-直流转换器、充电部、该保护电路耦接。对锂电池充电,当任一锂电池被充电至4.2伏特后,再以分别对应各锂电池之内部定电压充电器继续充电,直到各锂电池皆到达4.2伏特。

另外，中国专利200610159906.6中公开了一种锂电池充电控制方法，在锂电池充电过程中，利用一电压侦测电路不断地侦测锂电池的电量，以判断且选择锂电池所需的充电方式，再通过微处理器内的脉波宽度调变功能，将电力调变成合适的定电流或定电压对锂电池充电；通过不断重复侦测锂电池电量、判断、选择充电阶段、对锂电池充电、与预设电压值相比较、再充电,如此直至锂电池充电完成。

通过上述对镍氢电池和锂电池的结构、原理以及充电方法和充电器的论述可知，对于不同类型的电池其使用的充电器是不一样的。因此，对于拥有多种类型的电池的用户来说，需要装备与之对应的不同类型的充电器，而且一般的说，即使是同一种充电电池，可能也需要具有不同规格的充电器。然而，幸运的是，对能够自动检测充电电池的类型，并使用不同的充电方法和充电电路对充电电池的充电器也取得了长足的进展。

例如，中国专利CN1933277B公开了一种充电器对电池种类的识别方法一起充电器电路。其中，上述的识别方法为在充电开始后，充电器测量充电电流I和即时的电池电压V1，然后暂停充电并测量无充电电流时的电池电压并以此循环，再根据电池内阻R=(V1-V2)/I的公式计算并记录电池内阻值的变化，并根据电池内阻R的变化情况判定在充电电池是充电电池或是普通干电池：如果是，则继续充电；否则停止充电。该方法能准确地测量电池内部电阻及其充电时的变化情况，借此识别干电池和充电电池，解决了电压判定法的缺点，能准确地把不饱和碱性和锌碳干电池识别为非可充电电池，避免对其进行长时间充电，从而消除因对碱性和锌碳电池进行长时间充电带来的安全隐患。然而，该方法没有对生活中大量使用的镍氢电池以及锂电池进行检测。

此外，中国专利CN 101483351A中记载了一种能够对镍镉、镍氢和锂电池等不同充电条件的充电电池都能进行充电的万能充电器。该万能充电器，包括圆柱形充电电池充电装置、方块形充电电池充电装置、可活动的AC输入插头片，该圆柱形充电电池充电装置和方块形充电电池充电装置共用一个充电器外壳。所述的圆柱形充电电池充电装置和方块形充电电池充电装置共用一个充电电路，该充电电路包括AC/DC控制器、充电控制器，所述的充电控制器包括DC/DC调压装置、电池识别装置、充电电流控制装置,100V～240V的AC经AC/DC控制器转换成0V～15V DC后传输给充电控制器,电池识别装置识别出连接在充电器上的充电电池的充电电压和与该充电电压相匹配的充电电流,DC/DC调压装置将输入的电压转换成该充电电压输出,充电电流控制装置将输入的电流转换成该充电电流输出。

另外，在专利CN 201270424中也公开了一种自动识别电池的充电器，其包括变压器、整流器、可控硅、电流检测器、单片机以及电压检测器；可控硅分别与变压器及单片机连接,可控硅将变压器输出的交流电转换成恒定的直流电提供给电池；电流检测器分别与可控硅及单片机连接，电流检测器时时检测充电电池的电流,并将该电流信号反馈到单片机；单片机连接于整流器与电压检测器之间，单片机用于判断电池的类型和容量,并输出控制信号调整可控硅导通时间；电压检测器时时监测充电电池两端的电压,将该电压信息反馈到单片机。该充电器能够自动判断电池的类型,可控制充电电流时间及大小,可以对多种不同种类的电池进行充电。

然而，即便如此，人们仍然期望具有更多种类和功能，以及更高性能的，能够适应多种电池类型的充电设备，以解决现有充电方法和充电器的一种或者多种技术缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是要提供一种适应多类型的充电设备，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题，例如，准确在充电前准确测定充电电池的类型。本实用新型的发明人惊喜地发现，在测定充电电池的类型前对充电电池预先在100-300毫安的条件下充电1-3分钟能够有效提高判断充电电池类型的准确性。本实用新型基于上述发现而得以完成。

为此，本实用新型提供了一种适应多类型电池的充电设备，包括用于对该充电设备进行供电的电源模块、控制器和与电池连接的充电模块，所述充电模块与所述控制器连接，所述充电模块具有若干种适应各类型电池的充电电路；还包括一电池检测电路，所述电池检测电路分别与所述控制器和电池连接。

本实用新型任一方面的任一实施方案所具有的特征同样适合于该方面的其他任一实施方案，本实用新型任一方面或者任一实施方案所具有的特征同样适用于其他任一方面或该其他任一方面的任一实施方案，只要它们不会相互矛盾。

本实用新型所引用的所有文献，其全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表述的含义与本实用新型不一致时，以本实用新型的表述为准。此外，本实用新型使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。即便如此，本实用新型仍希望在此对这些术语和短语作更为详尽的说明和解释，提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本实用新型所表述的含义为准。

下面对本实用新型的各个方面和特点作进一步的描述。

根据本实用新型提供的一种适应多类型电池的充电设备，包括用于对该充电设备进行供电的电源模块、控制器和与电池连接的充电模块，所述充电模块与所述控制器连接，所述充电模块具有若干种适应各类型电池的充电电路；还包括一电池检测电路，所述电池检测电路分别与所述控制器和电池连接。

根据本实用新型所述的充电设备，还包括一壳体和与所述控制器连接的指示电路，所述壳体具有若干个电池安装位，所述指示电路具有与所述电池安装位对应的指示灯。术语“指示灯”是指具有指示信息的显示结构，本领域技术人员可以选择各种类型的显示结构表征充电电池的充电信息。例如、LED灯、液晶显示屏、OLED等。优选的，所述指示灯安装于临近所述电池安装位的位置。

根据本实用新型提供的充电设备，所述充电模块包括将待充电的电池在充电电流为100-300毫安的条件下充电1-3分钟的预充电电路、按照第一充电模式对电池进行充电的第一充电电路、按照第二充电模式对电池进行充电的第二充电电路。

根据本实用新型提供的充电设备，所述第一充电电路为按照锂电池的充电特性的进行充电的电路；所述第二充电电路为按照镍镉电池或者镍氢电池的充电特性进行的充电的电路。

具体的，本实用新型还提供了一种适应多类型电池的充电方法，包括以下步骤：

将待充电的电池在充电电流为100-300毫安的条件下充电1-3分钟；

检测电池的电压：

如果电压大于或者等于一设定值，则按照第一充电方式对该电池进行充电；

如果电压小于所述设定值，则按照第二充电方式对该电池进行充电。关于上述的“检测电池的电压”，本领域技术人员可以根据现有的技术对电池电压进行检测，本实用新型对此不作限制。例如，在中国专利201110095115.X、9912394.1、200410010411.5、02108541.2中都提供了电压检测方法以及电压检测电路对充电电池的电压进行检测。

根据本实用新型所述的充电方法，所述设定值为2伏特，所述第一充电方式为按照锂电池的充电特性的进行充电方式；所述第二充电方式为按照镍镉电池或者镍氢电池的充电特性进行的充电方式。理论上，可以选择若干合适的设定值对充电电池的类型进行判别，然而，研究人员在试验中惊喜地发现当判别充电电池类型的电压设定为2伏特，充电时间大于1.5分钟时，具有更为精确的判定结果，其准确率远远大于本领域技术人员的估计值，取得了预料不到的技术效果。

上述“按照锂电池的充电特性进行充电方式”是已知的，例如中国专利200610159900.6、02152496.3、200410028334.6以及中国专利200510004558.8等，本领域技术人员可以任意选择任一合适的充电方法对锂电池进行充电。此外，上述的“按照镍镉电池或者镍氢电池的充电特性进行的充电方式”也是已知的，例如中国专利201210156804.1、20122022117.X、200620016359.9、201120013139.1、200410025082.1、200420023635.5等记载和公开的充电方式、充电电路或者充电器对充电电池进行充电。

另外，将待充电的电池在充电电流为150-250毫安下进行充电，优选为200毫安。

根据本实用新型所述的充电方法，将待充电的电池充电1.5-2.5分钟，优选为2分钟。

本实用新型还取得了如下有益效果：本实用新型在判断充电电池的类型前预先对电池进行充电，有效提高了对电池的类型判断的准确性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是锂电池的充电曲线图；

图2是本实用新型所述充电方法的流程图；

图3是本实用新型所述充电装置的结构图；

图4是本实用新型所述充电设备的结构图；

图5是本实用新型所述充电设备的外观构造图；

图中：

301	预充电模块	302	检测判断模块
				303	第一充电模块	304	第二充电模块
401	电源模块	402	充电模块
				403	控制器	404	指示电路
405	充电电池	406	电池检测电路
				501	壳体	502	电池安装位
503	指示灯

具体实施方式

实施例1

图2所示为一种适应多类型电池的充电方法，包括以下步骤：

步骤S201：将待充电的电池在充电电流为100毫安的条件下充电2分钟；

步骤S202：检测电池的电压：

步骤S203：判断电池的电压是否大于或者等于2伏特；

步骤S204：如果电压大于或者等于2伏特，则按照锂电池的充电特性的进行充电；

步骤S204：如果电压小于2伏特，则按照第二充电方式对该电池进行充电。

实施例2-25

基本上是按照实施例1的步骤进行，不同之处在于步骤S201的充电电流和充电时间。

根据不同的充电电流值、充电时间以及设定值，研究人员测量得到成功判断充电电池405的类型的成功率如下表所示：

当设定值为2伏特时，镍氢电池（NIMH）和锂电池（LI）的电压的如下表所示：

镍氢电池（NIMH）时

LI电池时

如果在长时间充电后，电压都不上升，或者上升速率异常，可以进一步判断为电池已经失效，或者非可充电电池。可以看出，通过一个预充电过程，并且充电1.5分钟以上才能够完全将镍氢电池和锂电池进行准确判断，分别出待充电电池是镍氢电池还是锂电池。

实施例26

图3为一种与实施例1-50所述的充电方法对应的适应多类型电池的充电装置，包括：

预充电模块301，将待充电的电池在充电电流为100-300毫安的条件下充电2分钟；

检测判断模块302，检测被预充电模块301充电后的电池的电压，如果电压大于或者等于一设定值，则通过第一充电模块303进行充电，否则，通过第二充电模块304进行充电；

第一充电模块303，按照第一充电模式对电池进行充电；

第二充电模块304，按照第二充电模式对电池进行充电。

其中，所述设定值为2伏特，所述第一充电方式为按照锂电池的充电特性的进行充电方式；所述第二充电方式为按照镍镉电池或者镍氢电池的充电特性进行的充电方式。

实施例27

如图4和图5所示，一种适应多类型电池的充电设备，包括用于对该充电设备进行供电的电源模块401、控制器403和与充电电池405连接的充电模块402，所述充电模块402与所述控制器403连接，所述充电模块402具有若干种适应各类型充电电池405的充电电路；还包括一电池检测电路406，所述电池检测电路406分别与所述控制器403和充电电池连接。

此外，本实施例所述的充电设备还包括一壳体501和与所述控制器403连接的指示电路404，所述壳体501具有若干个电池安装位502，所述指示电路404具有与所述电池安装位502对应的指示灯503。其中，指示灯503安装于临近所述电池安装位502的位置。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种适应多类型电池的充电设备，包括用于对该充电设备进行供电的电源模块、控制器和与电池连接的充电模块，所述充电模块与所述控制器连接，其特征在于，所述充电模块具有若干种适应各类型电池的充电电路；还包括一电池检测电路，所述电池检测电路分别与所述控制器和电池连接。 

2.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，还包括一壳体和与所述控制器连接的指示电路，所述壳体具有若干个电池安装位，所述指示电路具有与所述电池安装位对应的指示灯。 

3.如权利要求2所述的充电设备，其特征在于，所述指示灯安装于临近所述电池安装位的位置。 

4.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电模块包括将待充电的电池在充电电流为100-300毫安的条件下充电1-3分钟的预充电电路、按照第一充电模式对电池进行充电的第一充电电路、按照第二充电模式对电池进行充电的第二充电电路。 

5.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，所述第一充电电路为按照锂电池的充电特性的进行充电的电路；所述第二充电电路为按照镍镉电池或者镍氢电池的充电特性进行的充电的电路。 

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