CN206323155U - 一种智能电池充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能电池充电器，所述智能电池充电器设置有单片机，所述单片机通过数据线与电源、充电器、蜂鸣报警器和充电显示屏连接；所述电源通过导线与蜂鸣报警器和充电显示屏连接；所述电源与充电器之间设置有隔离保护继电器HK4100，所述隔离保护继电器HK4100的控制端与所述单片机相连接；所述充电器外接限流型充电电源和P沟道场效应管或PNP三极管。本实用新型具有电源指示、充电指示、充满指示和充满报警功能，有稳压供电和充电两种工作模式，对座上装上未充足电量电池能自动启动充电功能，改善了传统充电控制不合理，而造成电池过充、欠充等问题，提高了电池的使用性能和使用寿命。

Description

一种智能电池充电器

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种智能电池充电器。

背景技术

目前，随着越来越多的手持式手机充电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。市场上的手机充电器存在诸多弊端，大多数外观相似，但内部线路却大不一样，其性能也相差很大。虽然都能实现充满自停，但其实现的方式却大不相同，直接导致充电效果不同。由于采用大电流快速充电，所以电池充满后也不能及时停止，使电池过充发热严重，过度过充会严重损害电池的寿命。低成本的手机电池充电器（万能充）采用电压比较法，为防止过充一般只充到电池电量的90%就停止大电流充电，采用小电流涓流补充充电，此时充电器指示灯不再闪烁，用户此时拔下电池，无疑只充电90%左右，再加上电压比较具有离散性，所谓的90%也只是个理论值，很难精确。

此外手机技术的持续进步也产生了更大容量的手机电池，因此要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电。一部好的手机充电器不仅能在短时间内将电量充足，而且能对电池起到一定的维护作用，可以修复由于电池的记忆效应引起的电池活性衰退现象，同时避免由于电池发热引起的不安全因素。

常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。锂电池是一类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。它具有较高的能量重量比、能量体积比，无记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低，但锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。由于缺少保护电路，锂电池的充电时间较长，电池维护比较麻烦，电池的使用寿命较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能电池充电器，旨在解决现有技术提供的电池充电器对充电电池缺少必要充电保护、缺少对充电电池状态的实时监测及反馈、电池充电时间长、电池寿命缩短、充电安全可靠性较低的问题。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型的智能电池充电器，该智能电池充电器设置有单片机，所述单片机通过数据线与电源、充电器、蜂鸣报警器和充电显示屏连接；

所述电源通过导线与蜂鸣报警器和充电显示屏连接。

进一步，所述电源与充电器之间设置有隔离保护继电器HK4100，所述隔离保护继电器HK4100的控制端与所述单片机相连接。

进一步，所述充电器外接限流型充电电源和P沟道场效应管或PNP三极管。

本实用新型提供的智能电池充电器，该智能电池充电器由电源、充电器、单片机、蜂鸣报警器和充电显示屏构成，充电器与电源相连接，用于对电池进行充电，单片机与电源及充电器相连接，用于对电池充电进行智能化控制，输出自动断电控制命令、充电控制命令、报警控制命令，蜂鸣报警器与电源及单片机相连接，用于接收单片机输出的报警控制信号，发出蜂鸣报警，充电显示屏与电源及单片机相连接，用于接收单片机输出的电池充电状态信号，对电源的供电状态及电池的充电状态进行指示；该智能电池充电器具有电源指示、充电指示、充满指示和充满报警功能，有稳压供电和充电两种工作模式，对座上装上未充足电量电池能自动启动充电功能，改善了传统充电控制不合理，而造成电池过充、欠充等问题，提高了电池的使用性能和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的智能电池充电器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的智能电池充电器的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的单片机的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的蜂鸣报警器的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的充电显示屏的电路原理图；

图6是本实用新型实施例提供的充电器的电路原理图；

图7是本实用新型实施例提供的电源的电路原理图；

图8是本实用新型实施例提供的继电器HK4100的电路原理图。

图中：1、电源；2、充电器；3、单片机；4、蜂鸣报警器；5、充电显示屏。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1所示，一种智能电池充电器，该智能电池充电器由电源1、充电器2、单片机3、蜂鸣报警器4和充电显示屏5组成。

所述单片机3通过数据线与电源1、充电器2、蜂鸣报警器4和充电显示屏5连接；

所述电源1通过导线与蜂鸣报警器4和充电显示屏5连接。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

电源1采用以三端稳压芯片LM7805为核心的***电路，将12V的输入电压转换为恒定5V输出，充电器2采用以充电芯片MAX1878为核心的充电电路，单片机3采用以芯片AT89S51为核心的最小***电路，充电显示屏5采用液晶显示屏LCD1602，蜂鸣报警器4采用蜂鸣器；

电源1与充电器2之间设置有隔离保护继电器HK4100，隔离保护继电器HK4100的控制端与单片机3相连接，继电器HK4100的2脚与单片机3的P1.7脚相连接，由单片机3控制适时地关闭电源。

单片机3中的单片机芯片AT89S51工作在11.0592MHz时，P1.5引脚输出控制蜂鸣报警器4，P1.7引脚输出控制继电器HK4100，在需要时及时关断电源1，充电芯片MAX1898的充电状态输出信号CHG通过一个非门接到单片机芯片AT89S51的外部中断口INT0，当外部中断发生后表示快速充电结束，充电器2进入恒压充电阶段，启动定时器开始计时，计时到达安全充电时间停止，恒压充电结束，单片机3发出指令断开电源1，蜂鸣报警器4中的蜂鸣器发出报警。

充电显示屏5中的液晶显示屏LCD1602用来显示电池充电状态，装上充电电池，并接通电源1后，液晶显示屏LCD1602显示电池充电启动；启动时间结束，液晶显示屏LCD1602显示电池充电中；电池充电结束，液晶显示屏LCD1602显示电池充电已结束，蜂鸣报警器4中蜂鸣器发出报警。

充电芯片MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管或PNP三极管，对电池进行安全有效的快充，充电芯片MAX1898的充电状态输出引脚CHG经过74LS04反相后与单片机芯片AT89S51的引脚INT0相连接，触发外部中断，二极管D2用于充电指示，当二极管D2亮表示正在预充电或快速充电；二极管D7用于指示接入电池极性是否有错，二极管D7亮表示电池插反，P沟道的场效应管Q1由充电芯片MAX1898提供驱动，充电电流的电阻R5的阻值为2.8kΩ，设置最大充电电流为500mA；设置充电时间的电容C5的容值为100nF，设置最大充电时间为3小时。

电源1：采用电压转换芯片将外部+12V电压转换为+5V电压，该电压在传送给充电器2之前经过一个继电器HK4100，实现即时切断充电电源功能。

单片机3：实现电池充电的智能化控制，发出自动断电、充电完成报警等控制命令。

充电器2：采用专用的电池充电芯片实现对电池充电过程的控制。

蜂鸣报警器4：实现电池充电完成时，报警声音提示。

充电显示屏5：电源1正常供电指示及电池充电状态指示。

如图3所示，单片机3：单片机3主要是由以芯片AT89S51为核心的最小***电路，因为其具有广泛的兼容性和强大的及时控制功能，特别适合于许多较为复杂的控制应用场合。

单片机芯片AT89C51工作在11.0592MHz时， P1.5引脚输出控制蜂鸣报警器4中的蜂鸣器，P1.7引脚输出控制继电器HK4100，在需要的时候及时关断电源1。充电器2中的充电芯片MAX1898的充电状态输出信号CHG通过一个非门接到单片机3的外部中断口INT0，当外部中断发生后表示快速充电结束，充电进入恒压充电阶段，启动定时器开始计时，计时到达安全充电时间停止，恒压充电结束，单片机3发出指令断开充电电源1，蜂鸣报警器4中的蜂鸣器发出报警。

如图5所示，充电显示屏5中的液晶显示屏LCD1602具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，广泛应用于简单显示电路中，液晶显示屏LCD1602用来显示充电状态，装上充电电池，接通电源后，液晶显示屏LCD1602显示充电启动；启动时间结束，液晶显示屏LCD1602显示充电中；充电结束，液晶显示屏LCD1602显示充电已结束，此时蜂鸣报警器4中的蜂鸣器发出报警声，蜂鸣报警器4中的蜂鸣器提供报警声音提示，图4为蜂鸣报警器4的电路原理图。

如图6所示，充电器2：充电芯片MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管或PNP三极管，可对电池进行安全有效的快充，其最大的特点是在不使用电感的情况下仍能保持很低的功率耗散，可以实现电池预充电、快充、满充，具有过压保护和温度保护功能以及为锂电池提供二次保护。

充电芯片MAX1898的充电状态输出引脚CHG经过74LS04反相后与单片机芯片AT89C51中的引脚INT0相连接，触发外部中断，二极管D2用于充电指示，当二极管D2亮表示正在预充电或快速充电；二极管D7用于指示接入电池极性是否有错，二极管D7亮表示电池插反。P沟道的场效应管Q1由充电芯片MAX1898提供驱动，R5为设置充电电流的电阻，阻值为2.8kΩ，设置最大充电电流为500mA；C5为设置充电时间的电容，容值为100nF设置最大充电时间为3小时。

如图7所示，电源1：由于充电MAX1898输入电压范围为4.5V-12V。锂电池要求充电方式是恒流恒压方式，电源1的输入需要采用恒流恒压源，一般采用直流电源外加稳压器实现，这里使用三端稳压芯片LM7805，因为其***电路简单且输出功率稳定。另外，要实现单片机3对充电芯片MAX1898的智能控制，因此加入继电器HK4100进行隔离保护，方便设计实现，图8为继电器HK4100的电路原理图。

电压转换芯片LM7805，它将12V的输入电压转换为恒定5V输出，5V电压再经过继电器HK4100，给充电芯片MAX1878提供充电电压。继电器的2脚和单片机的P1.7脚相连，由单片机3控制适时地关闭电源1。

在电源1、充电器2、单片机3、蜂鸣报警器4、充电显示屏5的共同作用下，该智能电池充电器实现了如下的充电过程：

(1) 预充

在安装好电池之后，电源1接通输入直流电源，当充电器2检测到电池电压低于2.5V时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器2以快充电流的10%给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容CcT确定（100nF时为45分钟），如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则充电进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压仍低于2.5V，则认为电池不可充电，充电显示屏5显示电池故障，LED指示灯闪烁。

(2) 快充

快充过程也称为恒流充电，此时充电器2以恒定电流对电池充电。恒流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。

(3) 满充

在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下，或满充时间超过，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器2以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器2在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5%～10%的使用时间。

(4) 断电

当电池充满后，充电芯片MAX1898芯片的2引脚CHG发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机3检测到，引起单片机3的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机3将通过P1.7口控制继电器HK4100，切断LM7805向充电芯片MAX1898的供电，从而保证充电芯片MAX1898和电池的安全，同时也减小功耗。

(5) 报警

当电池充满后，充电芯片MAX1898本身会熄灭外接的LED绿灯。但是，为了安全起见，单片机3在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断充电芯片MAX1898的供电，而且会通过蜂鸣报警器4中的蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。当充电出错时，充电芯片MAX1898本身会控制LED绿灯以1.5Hz左右的频率闪烁，此时不要切断充电芯片MAX1898的供电，要让用户一直看到此提示。

当充电芯片MAX1898完成充电时，CHG引脚会产生由低到高的跳变，该跳变引起单片机3的INT0中断。CHG输出为高存在3种情况：一是电池不在位或无充电输入，二是充电完毕，三是充电出错（此时，实际上CHG会以1.5Hz频率反复跳变）。显然前两种情况单片机3都可以直接控制继电器HK4100切断充电电源1，所以，程序中只要区别对待第3种充电出错的情况即可。

基于单片机芯片AT89S51和充电芯片MAX1898的智能电池充电器需要完成以下的功能：

①通过CHG信号引起INT0外中断。

②在两次中断中使用T0计数，判断是充电完毕，还是充电出错，并做出相应的处理。

③如果充电完毕，则控制P1.7脚切断电源，控制P1.5脚启动蜂鸣器报警。

该智能电池充电器的***设计采用模块式结构，主要由初始化程序、定时模块和中断处理模块等部分组成。其中，定时模块用于计算充电时间；中断处理模块用于判断充电是否结束。

该智能电池充电器的***上电复位后，首先对单片机芯片、***芯片及控制状态进行初始化；然后设置输出控制口的电压阀值，通过读取输出电压的值来判断***是否正常，若正常则进入功能设置；进入功能控制后，用户可以设置***的充电方式，包括预充、快充、满充、断电、报警充电过程。***电池后***将监测是否需要充电，是则将进入充电状态，充电过程中不断判断电压、时间是否超限，如果超限停止充电，否则继续充电。不需要充电，判断是否出错，是则LED灯发光报警。

该智能电池充电器以充电芯片MAX1898为核心，利用单片机3为控制元件基本实现了智能电池充电器的设计。该智能电池充电器具有电源指示、充电指示、充满指示和充满报警功能，有稳压供电和充电两种工作模式，对座上装上未充足电量电池能自动启动充电功能。

该智能电池充电器具有以下优点：(1) 能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理；(2) 改善了传统充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命；(3) 通过加强单片机3的控制，简化***电路的复杂性。

本实用新型实施例提供的智能电池充电器，该智能电池充电器由电源1、充电器2、单片机3、蜂鸣报警器4和充电显示屏5构成，充电器2与电源1相连接，用于对电池进行充电，单片机3与电源1及充电器2相连接，用于对电池充电进行智能化控制，输出自动断电控制命令、充电控制命令、报警控制命令，蜂鸣报警器4与电源1及单片机3相连接，用于接收单片机3输出的报警控制信号，发出蜂鸣报警，充电显示屏5与电源1及单片机3相连接，用于接收单片机3输出的电池充电状态信号，对电源1的供电状态及电池的充电状态进行指示；该智能电池充电器具有电源指示、充电指示、充满指示和充满报警功能，有稳压供电和充电两种工作模式，对座上装上未充足电量电池能自动启动充电功能，改善了传统充电控制不合理，而造成电池过充、欠充等问题，提高了电池的使用性能和使用寿命。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种智能电池充电器，其特征在于，该智能电池充电器设置有单片机，所述单片机通过数据线与电源、充电器、蜂鸣报警器和充电显示屏连接；

所述电源通过导线与蜂鸣报警器和充电显示屏连接；

所述电源与充电器之间设置有隔离保护继电器HK4100，所述隔离保护继电器HK4100的控制端与所述单片机相连接；

所述充电器外接限流型充电电源和P沟道场效应管或PNP三极管。