CN2161012Y - 精密镍镉电池自动充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种精密镍镉电池自动充电器， 包括电源，电压基准发生电路，恒流电路，状态检测- 控制电路，容量显示电路和充电执行电路。它采用响 应速度快，驱动电流小，精密度高的多端集成电压比 较器取代晶体管作为状态检测控制元件和使用寿命 长而可靠的直流无触点开关器件作为充电执行元 件。克服了现有充电器易受温度影响而引起的电压 漂移，回差大，可靠性低而导致的“充不足”的现象，充 电容量误差小于1％，同时兼具了电池保养充电和容 量百分比显示功能。精度高，可靠性好，可大幅度提 高镍镉电池的连续使用寿命。

Description

本实用新型涉及一种充电装置，特别是一种精密镍镉电池自动充电器。

电池充电是实现常规能源转移、变换、贮存的必要手段，对不同类型的电池实施充电的技术手段各异。本实用新型是针对常用的大容量镍镉电池充电器的改进方案。现有充电器存在的技术缺陷包括：一是它的自动断电控制元件由晶体管开关来实现的，由于晶体管发射结受环境温度的影响较大（温度系数－2.5毫伏／℃），加之充电器本身的工作环境温度较高（一般在30－70℃左右），从而引起自动断电电压的较大漂移。导致在充电结束时，电池的实际充电容量达不到标称容量。二是不能实现电池保养充电，一般的镍镉电池充电结束后，存在自然放电现象，使容量下降，影响使用。在20C的温度下，以每天1％的速度自放电，高温下则更甚。由于晶体管的特性曲线较平坦，其回差较大，当电池电压下降很多时，仍无法对电池补充能量，起不到电池保养充电作用。三是无容量显示功能，由于镍镉电池充电过程较长，不能够准确地显示充电的状态程度。四是采用机械式继电器为执行元件，由于触点氧化作用的存在，实际使用寿命和可靠性得不到有效的保证，还由于机械式继电器回差大，释放电大约为工作电压的50％，不能实现电池保养充电作用。

本实用新型的任务就是针对上述不足作出改进，提出一种新的电路设计方案，提供一种高精度自检和自动控制断电的电路，克服因精度控制不准而导致的“充电不足”的缺陷，同时实现对镍镉电池自放电的补充保养充电，保持电池的正常容量。在充电过程中，增加了充电状态程度的光电提示功能。用直流无触点开关器件取代机械式继电器，提高充电器的可靠性和使用寿命。

本实用新型的任务是以下述方式实现的，它包括电源、电压基准发生电路、恒流电路、状态检测一控制电路、容量显示电路、充电执行电路六部分组成。电压基准发生电路，采用可调三端集成稳压器LM317提供电压基准，供给状态检测－控制电路和容量显示电路作为比较电压。采用恒流充电，通过恒流电路提供充电电流。状态检测－控制电路，采用多端集成电压比较器LM339取代晶体管作为状态检测控制元件。容量显示电路按照电池容量与充电时电池端电压的对应关系（见附表），采用发光二极管进行容量状态程度的百分比显示，充电执行电路采用固态继电器SSR或晶体管电子开关取代机械式继电器作为执行元件，以提高其执行灵敏度和可靠性。

以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

附图1是本实用新型的结构组成框图。

附图2是本实用新型的电路原理图。

如附图2，本实用新型的组成中，恒流电路由IC1，电阻R1组成，电压基准发生电路由IC2，电阻R2、R3组成，它对H点提供一个基准电压VG，调节电阻R3，可以改变基准电压值VG的大小。IC1－IC2选用三端集成稳压器LM317，LED1为电源指示。电阻串R5－R8为电池组分压电阻，通过K点可以获得电池组充电状态程度的比较电压VB。状态检测－控制电路，选用多端集成电压比较器LM339，该集成电路内含四个电压比较器，响应速度快，内部采用了晶体管差分电路，由于电路的严格对称性，消除了温度对转换电平的影响。本实用新型的状态检测－控制电路组成中，电阻R13－R20为电压比较器的偏置电阻，每个电压比较器的两个偏置电阻串联后一端接电压基准发生电路的输出（H点），另一端接地，两个偏置电阻的结点接电压比较器的同相端（＋），每个电压比较器的反相端（－）接被比较电压输出端（K点），容量显示电路分别由限流电阻R9－R12及发光二极管LED2－LED5组成，限流电阻与发光二极管串联后电阻的一端接H点，发光二极管的负端接电压比较器的输出端。充电执行电路由电阻R21、R22、三极管BG1、固态继电器SSR组成。固态继电器为无触点开关器件，使用寿命长，驱动电流小，接通和关断动作反映灵敏，可靠性好，克服了机械式继电器灵敏度低、可靠性差、回差大的不足。电阻R21接三极管BG1的基极，另一端接电压比较器的输出，BG1集电极串电阻R22后接电源地，固态继电器SSR的输入端并接于BG1的集电极与发射极。也可以用晶体管电子开关取代固态继电器SSR。

本实用新型的工作原理：如附图2所示，220伏的交流电源，经变压、整流、滤波后变为低压直流电，SSR获得电压处于“通”状态，此时经恒流电路对电池组进行恒流充电，经电压基准发生电路在H点提供一个基准电压VG，再通过分压电阻R13－R20产生四个比较电压V1、V2、V3、V4通过K点取得电池组充电状态程度的被比较电压VB，当VB≤V4时，电压比较器反向截止，输出端无电位，BG1不导通，维持充电状态。当VB＞V4时，电压比较器迅速翻转，输出信号，BG1经R21获得基极电流而导通，SSR的输入端被短路而迅速关断，充电结束，由于电压比较器内采用了差分电路，只要被比较电压不变，其自动断电电压也不变，从而消除了温度对自动断电电压的影响。使控制精度误差小于1％。

保养充电的过程是充电过程的多次反复进行，刚充好的电池由于自放电的作用，端电压会下降，当电池端电压低于V4时，则控制电路迅速翻转，使执行电路处于“通”状态，向电池补充能量，直到恢复至标称电压时为止。

容量显示过程：充电状态程度提示所依据的电池容量与充电时电池端电压的对应关系如下：

电荷容量	25％	50％	75％	100％
					充电的端电压	1.35-1.39	1.39-1.42	1.42-1.45	1.45-1.48

如附图2所示设定电压比较器1－4，分别用于检测和显示25％－100％容量时的四个档次，每个电压比较器对应的显示电压可由同相端的偏置电阻获得，当充电时的端电压达到或超过该档次的显示电压时，电压比较器处于“通”状态，对应的一只发光二极管被点亮。随着充电过程的继续，从低容量到高容量依次被点亮，直至到提示100％容量充电状态结束时为止。

本实用新型的优点和效果表现在：充电精度高，电压误差小于1％，同时兼具了对电池的自放电提供保养充电功能，可提高镍镉电池的连续使用寿命，增加了充电过程中的电池容量发光提示功能，便于直观了解被充电池的充电程度。采用无触点开关器件，进一步提高了充电器的控制精度并使其可靠性得到很大的改善。

Claims (4)

1、一种精密镍镉电池自动充电器，由电源、电压基准发生电路、恒流电路和充电执行电路组成，其特征是：状态检测-控制电路采用多端集成电压比较器LM339作为状态检测控制执行元件，充电执行电路采用固态继电器SSR或晶体管电子开关为执行元件。

2、根据权利要求1所述的自动充电器，其特征是：每个电压比较器的两偏置电阻串联后一端接电压基准发生电路的输出（H点），另一端接地，每个电压比较器的反相端（一）接被比较电压的输出（K点）。

3、根据权利要求1所述的自动充电器，其特征是：容量显示电路的限流电阻与发光二极管串联后电阻的一端接H点，发光二极管的负端接电压比较器的输出端。

4、根据权利要求1所述的自动充电器，其特征是：充电执行电路的电阻R21接三极管BG1的基极，另一端接电压比较器的输出，BG1集电极串联电阻R22后接电源地，固态继电器SSR的输入端并接于BG1的集电极与发射极。

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