專利名稱：具有保護(hù)電路的電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電池充電器，尤其涉及具有保護(hù)電路的電池充電器。
背景技術(shù)：
用于便攜式電力驅(qū)動(dòng)工具、野外工具以及某些廚房和家用設(shè)備的電池組可以包括可再充電的電池，例如鋰、鎳鎘、鎳金屬氫化物以及鉛酸電池，這樣它們可以再充電，不需要替換掉。由此實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)上的成本節(jié)約。
某些充電器可以連接到交通工具電池上，例如車用蓄電池。參考圖1，車用蓄電池1可通過點(diǎn)火塞5連接到充電器20。充電器20依次給電池組10充電。
兩個(gè)虛擬電阻器3、4可以存在于車用蓄電池1和充電器20之間。虛擬電阻器3、4表示在點(diǎn)火塞連接之前和之后的固有電阻，它們依次形成了電壓降。因此，由充電器20得到的電壓VIN不一定必須等于車用蓄電池1的電壓。
保險(xiǎn)絲2還可以設(shè)置在車用蓄電池1和充電器20之間。典型地，這種保險(xiǎn)絲2具有大約8安培的額定值。換句話說，如果到達(dá)充電器20的電流IIN大于約8安培，保險(xiǎn)絲2就會(huì)斷開。
當(dāng)充電器20將有效的恒定電流IOUT典型地輸送到電池組10時(shí)，會(huì)出現(xiàn)問題。由于下述等式出現(xiàn)了這種問題(VIN)(IIN)k＝(VPACK)(IOUT)，VIN、IIN和IOUT在上面進(jìn)行了限定，k是充電器效率常數(shù)，以及VPACK是電池組10的電壓。
在此等式下，由于VPACK由電池組設(shè)定，IOUT由充電器設(shè)定，充電器效率常數(shù)k相對(duì)恒定，因此僅有的兩個(gè)剩余變量是VIN和IIN。如果VIN降至特定閾值之下，就必須增加IIN以保持該等式。但是，如果IIN增加到特定閾值之外，它將迫使保險(xiǎn)絲2斷開，由此過早地結(jié)束充電。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，采用改進(jìn)的電池組充電器。充電器包括控制器；具有至少兩個(gè)連接到控制器的電力調(diào)整裝置(power setting)的電池電源；至少一個(gè)連接到控制器和電池電源中至少一個(gè)的連接端；可連接到外部電源的供電裝置，該供電裝置接收來自外部電源的電流和電壓，以便向控制器和電池電源中至少一個(gè)提供電力；以及一個(gè)返送電路，用于根據(jù)從外部電源接收的電流和電壓中至少一個(gè)在兩個(gè)電力調(diào)整裝置之間進(jìn)行切換。
根據(jù)以下附圖和詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。


根據(jù)本發(fā)明原理的實(shí)際應(yīng)用，附圖描述了它的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是電池組和充電器的簡化方框圖；圖2A和圖2B描述根據(jù)本發(fā)明的示例充電器，其中圖2A是電池組和充電器的方框圖，圖2B是充電器的示意圖；圖3A和圖3B是表示根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖4是可替換的電池組和充電器的簡化方框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)視電路的示意圖；圖6是包括圖5的監(jiān)視電路的充電器的示意圖；圖7是另一個(gè)可替換的充電器的簡化方框圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明的可替換監(jiān)視電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明，其中相同的標(biāo)記代表相同的部件。
參見圖1-2，電池組10連接到充電器20。電池組10可包括多個(gè)以串聯(lián)和/或并聯(lián)形式連接的電池單元11，電池單元表示電池組10的電壓和存儲(chǔ)容量。電池組10可包括三個(gè)電池接點(diǎn)第一電池接點(diǎn)12、第二電池接點(diǎn)13、第三電池接點(diǎn)14和第四電池接點(diǎn)16。電池接點(diǎn)12是電池組10的B+(正)端子。電池接點(diǎn)14是B-或負(fù)極/公共端子。電池接點(diǎn)13是S或傳感端子。電池接點(diǎn)12和14接收由用于給電池組10充電的充電器20(優(yōu)選電流源22，如下所述)發(fā)出的充電電流。
如圖2所示，電池單元11連接在電池接點(diǎn)12和14之間。此外，優(yōu)選在電池接點(diǎn)13和14之間連接的是溫度傳感裝置傳感裝置15，例如負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器、或熱敏電阻，RT。優(yōu)選溫度傳感裝置傳感裝置非常接近于單元11以監(jiān)測(cè)電池的溫度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到也可以采用其它組件例如電容器等或電路以提供代表電池溫度的信號(hào)。
電池組10還可以包括在現(xiàn)有技術(shù)中已知的識(shí)別器，例如電阻器RID，這樣充電器20就可以識(shí)別電池組的類型和容量，并據(jù)此充電。電阻器RID優(yōu)選連接在電池接點(diǎn)16和14之間，在此電池接點(diǎn)16是ID端子。
充電器20優(yōu)選包括控制器21，該控制器依次包括正端子(B+)17和負(fù)(B-)端子18，此正、負(fù)端子分別經(jīng)過電池接點(diǎn)12和14連接到電池組10。正端子還可以當(dāng)作控制器21的輸入端，優(yōu)選為模擬/數(shù)字輸入，以檢測(cè)電池組電壓。此外，控制器21可以包括另一個(gè)輸入端TC，優(yōu)選為模擬/數(shù)字輸入，它經(jīng)過第三電池接點(diǎn)13(S)連接到溫度傳感裝置15。這允許控制器21監(jiān)測(cè)電池溫度。
控制器21可包括用于控制充電和監(jiān)測(cè)工作狀況的微處理器23?？刂破?1可控制充電電源，以向電池組10提供電力，例如向電池組10提供電流的電流源22。此電流可以是快速充電電流和/或均衡電流。電流源22可集成在控制器21中。
控制器21可具有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器25。存儲(chǔ)器25可集成在控制器21和/或微處理器23中。
充電器20及其內(nèi)部的元件，其中包括控制器21、微處理器23、電流源22，接收來自DC主供電裝置24的必需電力，DC主供電裝置24會(huì)最終連接到車用蓄電池1。DC主供電裝置24可以將來自車輛電池的能量轉(zhuǎn)化為不同元件所需的必需能量，正如本領(lǐng)域所熟知的那樣。DC主供電裝置24可包括過濾器，過濾器可依次包括電容器C1、C2、C3、C36和C34以及電感線圈L1、L2、L3，以便從輸入電壓中濾除不需要的波動(dòng)。
控制器21還可以控制風(fēng)扇25。風(fēng)扇25優(yōu)選朝著電池組10吹空氣，以便冷卻電池組10。
為了避免由于高IIN而使保險(xiǎn)絲2斷開，優(yōu)選提供返送電路26，該電路26監(jiān)控幾個(gè)輸入，并降低電流源22的電流輸出IOUT。返送電路26可監(jiān)控電流輸出IOUT以及電池組電壓VPACK。此外，返送電路26可接收來自控制器26和/或DC主供電裝置24關(guān)于輸入電壓VIN的信息。如果返送電路26根據(jù)那些輸入確定，輸入電流IIN將超過特定閾值，例如8安培，返送電路26就會(huì)將信號(hào)傳送到電流源22，降低電流輸出IOUT。通過降低電流輸出IOUT，輸入電流IIN同樣會(huì)降低，由此防止保險(xiǎn)絲2斷開。
參考圖2B，返送電路26優(yōu)選以下述方式工作。優(yōu)選采用由輸出B+到二極管D38的連接來檢測(cè)由二極管D38和/或D16設(shè)置的電壓電位。當(dāng)此電壓電位超過界限時(shí)，優(yōu)選導(dǎo)通晶體管Q3。當(dāng)晶體管Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，優(yōu)選通過將柵極拉向源極，確保晶體管Q4處于截止?fàn)顟B(tài)。優(yōu)選采用晶體管Q4作為轉(zhuǎn)換器來改變電流感測(cè)放大器U3A的增益。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)注意到，微處理器23的插頭P21通過測(cè)量電壓來感測(cè)放大器U3A的狀態(tài)。微處理器23還可以通過插頭P13檢測(cè)輸出電壓VOUT，通過插頭P4檢測(cè)輸入電壓VIN。
微處理器23的插頭P21通常優(yōu)選處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，并優(yōu)選用作輸入端以檢測(cè)晶體管Q3的功能。當(dāng)微處理器23需要使輸出電流IOUT降低時(shí)，優(yōu)選讓插頭P21作為輸出端并使其處于低狀態(tài)，由此除去來自晶體管Q4的門驅(qū)動(dòng)，改變電流反饋安培U3A的增益。這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于，它將元件的數(shù)量減至最小，并且控制了不需要的振蕩。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，返送電路26可以利用電路實(shí)施，如圖2B所示，或者通過軟件算法實(shí)施，如圖3所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，以下討論的各步驟的次序可以調(diào)整。
當(dāng)用戶將電池組10插入到充電器20時(shí)(ST1)，充電過程開始。然后，充電器20通過將由電流源22發(fā)出的充電電流發(fā)送到電池組10而開始充電(ST2)。優(yōu)選地，快速充電電流大約為2安培。
控制器21和/或微處理器23讀取輸入電壓VIN(ST3)。然后優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23檢查輸入電壓VIN是否大于第一閾值X(ST4)。優(yōu)選的，第一閾值X表示高的交通工具電池電壓，對(duì)于額定值為12伏的交通工具電池而言，此高交通工具電池電壓可大約為17伏。
如果輸入電壓VIN不大于第一閾值X，然后優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23就檢查輸入電壓VIN是否小于第二閾值Y(ST5)。優(yōu)選地，第二閾值Y表示低的交通工具電池電壓，對(duì)于額定值為12伏的交通工具電池而言，此低交通工具電池電壓可大約為10伏。
如果(a)輸入電壓VIN不大于第一閾值X并且(b)輸入電壓VIN不小于第二閾值Y，則持續(xù)地給電池組10充電，直至通過移去電池組10或通過終止算法等方式結(jié)束充電過程?？刂破?1和/或微處理器23仍然保持讀取輸入電壓VIN并且將輸入電壓VIN與第一和第二閾值X、Y進(jìn)行比較，直至結(jié)束。
如果(a)輸入電壓VIN大于第一閾值X或(b)輸入電壓VIN小于第二閾值Y，就可以開始錯(cuò)誤子程序。優(yōu)選將計(jì)數(shù)器設(shè)定為特定的預(yù)定數(shù)值(ST6)，例如30。此外，優(yōu)選關(guān)閉電流源22(例如輸出電流IOUT)(ST7)。錯(cuò)誤信號(hào)還可以通過LCD顯示器或LEDs顯示。還可以采用聲源例如壓電元件、警笛等向用戶報(bào)警該錯(cuò)誤狀態(tài)。
控制器21和/或微處理器23可以再次讀取輸入電壓VIN(ST8)。然后優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23檢查輸入電壓VIN是否大于第三閾值A(chǔ)(ST9)。優(yōu)選地，為了防止充電器20在流程中的各狀態(tài)之間振蕩，第三閾值A(chǔ)表示低于第一閾值X的值。因此，對(duì)于額定值為12伏的交通工具電池而言第三閾值A(chǔ)可以約為16.8V。如果輸入電壓VIN大于第三閾值A(chǔ)，那么充電器20就會(huì)返回到ST7和/或ST8，直至輸入電壓VIN等于或小于第三閾值A(chǔ)，或者移去電池組10。
如果輸入電壓VIN不大于第三閾值A(chǔ)，那么優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23檢查輸入電壓VIN是否小于第四閾值B(ST10)。為了防止充電器20在流程中的各狀態(tài)之間振蕩，第四閾值B優(yōu)選是高于第二閾值Y的值。因此，對(duì)于額定值為12伏的交通工具電池而言，第四閾值B可以約為10.7伏。如果輸入電壓VIN小于第四閾值B，充電器20就返回到ST7和/或ST8，直到輸入電壓VIN等于或小于第三閾值A(chǔ)，或者移去電池組10。
如果(a)輸入電壓VIN不大于第三閾值A(chǔ)和(b)輸入電壓VIN不小于第四閾值B，優(yōu)選打開電流源(例如輸出電流IOUT)(ST11)有限數(shù)量的時(shí)間，例如10毫秒?？刂破?1和/或微處理器23可再一次讀取輸入電壓VIN(ST12)以有效地檢查電池組對(duì)輸出電流IOUT的反應(yīng)。在這種讀取之后，優(yōu)選關(guān)閉電流源22(例如輸出電流IOUT)(ST13)。打開和關(guān)閉電流源22允許控制器21在沒有傳送過多電流的情況下檢查電池組的反應(yīng)，傳送過多電流會(huì)損壞電池組10。
然后優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23檢查輸入電壓VIN是否大于第五閾值C(ST14)。優(yōu)選地，第五閾值C表示高于第四閾值B的值。因此，對(duì)于額定值為12伏的交通工具電池而言，第五閾值C可大約為10.2伏。如果輸入電壓VIN大于第五閾值C，充電器20就返回到ST3，這樣就可以繼續(xù)對(duì)電池組10充電。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，如果顯示錯(cuò)誤信號(hào)，該信號(hào)可以結(jié)束或去除。
但是，如果輸入電壓VIN不大于第五閾值C，計(jì)數(shù)器可能減小(ST15)。如果計(jì)數(shù)器是零(ST16)，充電器20就會(huì)返回到ST7和/或ST8，直至輸入電壓VIN等于或小于第三閾值A(chǔ)，或移去電池組10。
如果計(jì)數(shù)器不是零，控制器21和/或微處理器23就優(yōu)選檢查是否已經(jīng)設(shè)置了反相(phase back)標(biāo)記(ST17)。如果該標(biāo)記已經(jīng)設(shè)置，充電器20就返回到ST7和/或ST8，直到輸入電壓VIN等于或小于第三閾值A(chǔ)，或移去電池組10。
如果還沒有設(shè)置反相標(biāo)記，那么優(yōu)選地，控制器21和/或微處理器23就控制電流源22，以降低或反相輸出電流IOUT(ST18。)優(yōu)選地，對(duì)于充電過程的剩余部分而言，輸出電流IOUT從約2安培降至約1.3安培。
由于降低的輸出電流IOUT，還可以優(yōu)選清除包含輸入電壓VIN和/或電池組溫度信息的存儲(chǔ)元件堆棧(分別為ST18，ST19)，以便于不過早地觸發(fā)終止算法。
此外，優(yōu)選設(shè)置反相標(biāo)記(ST21)。在設(shè)置該標(biāo)記之后，充電器20就可以返回到ST7和/或ST8，直至輸入電壓VIN等于或小于第三閾值A(chǔ)，或移去電池組10。
對(duì)于微處理器23而言，如果電池組電壓VPACK在特定閾值之上，例如大約34伏，還優(yōu)選降低輸出電流ION(例如，從2.0安培至1.3安培)。象以前一樣，優(yōu)選這樣做以避免保險(xiǎn)絲2斷開。
除了返送電路26之外，充電器20還可以有保護(hù)電路。例如，如果輸出電流ION處于打開狀態(tài)并且移去了電池組10，就優(yōu)選提供用于關(guān)閉電流源22的電路。這會(huì)在B+和B-端子之間形成大的電壓峰值，這會(huì)損壞充電器20中的元件。與其依靠微處理器23的模擬/數(shù)字輸入，不如優(yōu)選采用在微處理器23中的高速輸入，這樣如果接收到所需要的信號(hào)，微處理器23就會(huì)關(guān)閉電流源22。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，這種高速輸入是微處理器23的插頭P24。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過檢查圖2B可識(shí)別經(jīng)過插頭P24由微處理器23接收的信號(hào)類型。
還優(yōu)選提供監(jiān)視電路27，該電路27監(jiān)視微處理器23是否受電流源22的控制。在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)視電路27監(jiān)視由微處理器23以特定的間隔給出的脈沖。如果微處理器23不能以預(yù)定間隔提供這種脈沖，監(jiān)視電路27優(yōu)選旁路微處理器23，優(yōu)選使電流源22和/或DC主供電裝置24失效。失效的電流源22和/或DC主供電裝置24優(yōu)選一直保持失效狀態(tài)直到電力從充電器20移去。
監(jiān)視電路27優(yōu)選具有兩個(gè)可重新設(shè)置的定時(shí)器。這兩個(gè)定時(shí)器用于在監(jiān)視電路27使電流源22和/或DC主供電裝置24失效之前提供誤差容限，以防止監(jiān)視電路27的損害或不希望的切斷。典型地，這種誤差容限是5的因數(shù)。換句話說，在監(jiān)視電路27使電流源22和/或DC主供電裝置24失效之前，微處理器23必須漏過五個(gè)脈沖。
參考圖2B，晶體管Q1、Q2最終由微處理器23控制以提供脈沖。當(dāng)出現(xiàn)這些脈沖時(shí)，經(jīng)過電容器C20形成電壓，所述電容器C20依次允許C31充電。優(yōu)選地，微處理器在每一秒的周期內(nèi)切斷電流源22約33毫秒。這允許電容器C20通過電阻器R38放電。由于放大器U3B優(yōu)選為電壓輸出器結(jié)構(gòu)，因此電容器C31優(yōu)選向放大器U3B的插頭7放電。
如果微處理器在特定間隔內(nèi)沒有切斷電流源22，電容器C31會(huì)持續(xù)充電直至電壓基本上達(dá)到二極管D35的齊納電壓VZ。這允許電流流過晶體管Q7的基極，開始打開晶體管Q7。這依次開始晶體管Q8的導(dǎo)通，晶體管Q8的導(dǎo)通依次將更多的電流通過二極管41提供到晶體管Q7的基極，使晶體管Q7傳導(dǎo)更多的電流。這種反饋過程一直持續(xù)到利用晶體管Q7、Q8基本上飽和地鎖住電路4為止，如果是不完全飽和。
當(dāng)晶體管Q8的集電極上的電壓等于或大于二極管D40的齊納電壓VZ的總和時(shí)，向二極管D8施加一伏的偏壓VF(即，集成電路U2的切斷電壓)，集成電路U2被迫處于過電流狀態(tài)，并切斷電流源22。這樣，監(jiān)視電路27在此狀態(tài)下保持閂鎖狀態(tài)，直至電力從充電器20去除。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，監(jiān)視電路27可具有三個(gè)部分第一定時(shí)器，第二定時(shí)器和閂鎖。第一定時(shí)器包括電容器C19，電容器C19優(yōu)選連接漏脈沖，以形成經(jīng)過電阻器R38、電容器C20和二極管D12的電壓。當(dāng)不存在漏脈沖時(shí)，通過電阻器R38和電容器C20的電壓衰退形成定時(shí)器。二極管D13優(yōu)選給電容器C19放電。電阻器R37限制流入二極管D12的電流。除了通過電阻器R38之外，二極管23阻止電容器C20的任何放電。二極管D12在此定時(shí)器電路中設(shè)置最大電壓。電阻器R21限制流入放大器U3B的插頭5的電流。
第二定時(shí)器包括電容器C31、給電容器C31充電的電阻器R66、防止放大器U3:B的插頭7給電容器C31充電的二極管D10以及給電容器C31放電的放大器U3B。
閂鎖包括電阻器R39，無論經(jīng)過電容器C31的電壓如何，該電阻器R39都允許在晶體管Q7的基極處提高電壓；二極管D35，它設(shè)置閂鎖斷路電壓；以及電容器C32，它過濾經(jīng)過二極管D35的噪音。如上所述，閂鎖包括晶體管Q7、Q8，它們建立反饋回路；以及電阻器R70，它限制通過晶體管Q8基極的電流；電阻器R63，它設(shè)置晶體管Q8的增益；電阻器R71，它限制進(jìn)入到晶體管Q7基極的電流。此外，閂鎖包括電阻器R65，它確保二極管D35處于VZ**；二極管D41，它防止經(jīng)過電容器C31的電壓影響集成電路U2的插頭3；二極管D40，它確保在切斷之前的閂鎖狀態(tài)；二極管D32，防止集成電路U2的插頭3的電壓超過界限；以及電阻器R64，它限制通過二極管D32的電流。最后，閂鎖包括二極管D8，它防止監(jiān)視電路在正常充電工作期間影響充電器電路。
參考圖2B，在下面列出了根據(jù)本發(fā)明的示例充電器的不同元件的值。
C11200微法拉/35VC21200微法拉/35VC31200微法拉/35VC40.1微法拉/50VC50.068微法拉/100VC60.1微法拉C710微法拉/25VC8470皮法拉/500VC9470皮法拉/500VC10 47微法拉/250VC11 0.1微法拉C12 2700皮法拉/50V
C13 0.1微法拉C14 0.01微法拉C15 1800皮法拉C16 0.1微法拉C17 5.6毫微法拉C18 0.1微法拉C19 2200皮法拉/500VC20 0.22微法拉C22 1微法拉/25VC23 0.1微法拉C24 0.001微法拉C25 0.1微法拉C26 0.1微法拉C27 0.1微法拉/25VC28 0.01微法拉C29 0.1微法拉C30A 1微法拉/100VC31 47微法拉/50VC32 0.1微法拉C33 0.1微法拉C36 1200微法拉/35VD220v齊納D3IN4973D4MUR460D5MUR460D610MQ060ND710MQ060ND8IN4148D10 IN4148D12 IN5242
D13 IN4148D16 33V齊納D17 IN4148D18 LEDD19 IN4148D20 IN4148D21 IN4148D22 IN4148D23 IN4148D24 IN4937D25 IN5231BD26 11DQ06D27 IN4148D28 6.8V齊納D29 IN4148D32 IN5231BD35 IN5231BD36 10MQ060ND39 P6KE91AD40 6.2V齊納D41 IN4148D42 36V齊納D43 51V齊納L1 軸心L2 軸心L3B扼流圈L4 550微亨Q1 IRF3205Q2 IRF3205
Q3 2N3904Q4 BSH105Q5 2N3904Q6 BSH105Q7 MMBT3904Q8 MMBT3906Q9 ZTX449Q10 ZTX549R1 43千歐R2 1千歐R3 510歐姆R5 100歐姆R7 18歐姆R8 18歐姆R9 2.05千歐R10 150歐姆R13 13.7歐姆R14 392歐姆R15 1千歐R16 1.82千歐R17 1.82千歐R18 1千歐R19 10千歐R20 22.1千歐R21 10千歐R24 1千歐R25 10千歐R26 10千歐R27 80.6千歐R28 9.09千歐
R292千歐R302千歐R3127.4千歐R3215.0千歐R3339千歐R3451千歐R3510千歐R361千歐R37300歐姆R3810千歐R3910千歐R4190.9千歐R4230.9千歐R43390歐姆R44100歐姆R458.25千歐R461千歐R4710千歐R48100歐姆R491千歐R500.12歐姆R511.82千歐R53665歐姆R5410千歐R561千歐R572千歐R58332歐姆R5990.9千歐R60120歐姆R631.5千歐R64330歐姆
R6530千歐R66200千歐R68200千歐R701.2千歐R711.2千歐R72200千歐R73200千歐R7411.8歐姆R7511.8歐姆R76124千歐R7711.5歐姆微處理器23美國齊格洛公司Z86C83U2UC3845U3LM358U45伏，2％VR1 10千歐 電位計(jì)X1 3.58兆赫Z115G330K參見圖4，示出了選擇性充電器和電池組的組合，其中相同的標(biāo)記表示相同的部件。現(xiàn)有的充電器和本充電器之間的一個(gè)主要差別在于，本充電器20以及其中包括控制器21、微處理器23以及電流源22的其它元件接收來自AC主供電裝置24’而不是DC主供電裝置24的必需電力。
優(yōu)選提供監(jiān)視電路27，監(jiān)視控制器21和/或微處理器23是否受電流源22的控制，和/或電流源22是否響應(yīng)來自控制器21和/或微處理器23的命令。在優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)視電路27監(jiān)視由微處理器23以特定的間隔給出的脈沖。如果微處理器23無法以預(yù)定間隔提供這種脈沖，監(jiān)視電路27優(yōu)選旁路微處理器23，優(yōu)選使電流源22和/或AC主供電裝置24’失效。失效后的電流源22和/或AC主供電裝置24’優(yōu)選一直保持失效狀態(tài)直至電力從充電器20去除。
在圖5-6中示出了監(jiān)視電路27的一個(gè)實(shí)施例。優(yōu)選將端子C連接到電流源22和電池組10的輸出。此外，端子C可接收振蕩電壓，該振蕩電壓優(yōu)選由二極管D38’和電容器C27’調(diào)整和過濾。微處理器23通過使電流源22在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)例如每秒鐘為10毫秒失效而基本地把信號(hào)疊加在電流源輸出上。10ms信號(hào)允許電容器C27’放電，限制通過晶體管Q12’的電流。
當(dāng)晶體管Q12’不能導(dǎo)通時(shí)，電流優(yōu)選流過電阻器R84’、R86’，導(dǎo)致晶體管Q13’導(dǎo)通。當(dāng)晶體管Q13’導(dǎo)通時(shí)，優(yōu)選電容器C29’放電。10ms信號(hào)周期防止經(jīng)過電容器C29’的電壓升高至足以觸發(fā)由晶體管Q14’、Q15’形成的閂鎖電路的電位。
如果一旦在大約2-3秒的周期內(nèi)沒有發(fā)生10ms信號(hào)脈沖，來自端子A的供應(yīng)電壓就會(huì)通過閾值之外的電阻器R85’給電容器C29’充電，激活閂鎖電路Q14’、Q15’。當(dāng)閂鎖電路鎖住，在端子A、B之間的電壓降至1伏特，使電流源22失效。
參見圖5-6，以下描述根據(jù)本發(fā)明的示例充電器的不同元件值。
C1’ 0.22微法拉，10％，400VDCC3’ 100微法拉，250VC5’ 100微法拉，10V，20％C6’ 1000皮法拉，1KV，20％C7’ 1微法拉，35V，20％C8’ 1000皮法拉，1KV，20％C9’ 0.1微法拉，50V，10％C12’1微法拉，35V，20％C13’100皮法拉，50V，10％C14’1000皮法拉，50V，10％C15’22微法拉，35V，20％C16’1微法拉，35V，20％C17’10微法拉，100VC27’0.1微法拉，50V，10％C28’0.01微法拉，50V，10％C29’100微法拉，50V，20％
C30’ 0.1微法拉，50V，10％D1’1N4006D2’1N4006D3’1N4006D4’1N4006D5’1N4006D6’1N4006D8’(LED)REDD9’5.1V，5％，1/2W，SMTD10’ 18V，5PCT，1/2W，SMTD12’ 1N5248BD14’ 1N4937D15’ 1N4148D16’ 4A，600V，UFR(MUR460)D17’ 1N4148D19’ 1N5267BD21’ 75V，SMT(1N4148W)D22’ 1N4006D23’ 51V，5W，LEADED(P6KE51A)D24’ 1N5257BD29’ 75V，SMT(1N4148W)D34’ 1N4937D38’ 1N4937F1’2安培，250VL1’100微亨L2’4.3毫亨LFU1005V03Q1’IRF644Q2’2N3906Q3’2N3904
Q4’2N3906Q5’2N3904Q6’2N5551Q7’2N3904Q12’ 2N3904Q13’ 2N3904Q14’ 2N3906Q15’ 2N3904R1’150千歐R2’7.5千歐R3’7.5千歐R5’1千歐R6’39千歐R7’10歐姆R8’200歐姆R9’2.2千歐R11’ 510歐姆R12’ 100歐姆R13’ 100歐姆R14’ 2.7千歐R15’ 47千歐R16’ 36千歐R17’ 47千歐R18’ 300千歐R19’ 4.02千歐R20’ 620千歐R21’ 0.11歐姆R22’ 100千歐R24’ 47.5千歐R25’ 14千歐
R26’ 80.6千歐R27’ 240千歐R28’ 7.5千歐R31’ 240千歐R34’ 5.1千歐R35’ 33千歐R36’ 8.25千歐R37’ 10千歐R38’ 33千歐R39’ 8.2千歐R40’ 158千歐R42’ 2.4歐姆R47’ 82千歐R48’ 82千歐R49’ 100千歐(NTC熱敏電阻)R51’ 1千歐R52’ 33千歐R53’ 360千歐R54’ 120千歐R55’ 240千歐R65’ 100千歐R68’ 10千歐R70’ 100千歐R71’ 270千歐R81’ 24千歐R82’ 10千歐R83’ 10千歐R84’ 10千歐R85’ 51千歐R86’ 5.1千歐R87’ 47歐姆
R88’ 470千歐R89’ 47千歐R90’ 510歐姆R91’ 240歐姆R92’ 100歐姆U1’ 源自微芯片技術(shù)的PIC16C717本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，監(jiān)視電路27的傳感端子即端子C由電線直接連接到電流源22的輸出上。但是，不一定要這樣。參考圖7-8，監(jiān)視電路27’優(yōu)選導(dǎo)電連接到電流源22的輸出。
優(yōu)選地，線圈WL用于以磁感應(yīng)的方式檢測(cè)由控制器21(或處理器23)疊加在電流源22的輸出上的周期信號(hào)的存在。所檢測(cè)的疊加周期信號(hào)是由監(jiān)視電路27’解調(diào)的。象以前一樣，通過每一秒使電流源22失效10毫秒，微處理器23基本地把信號(hào)疊加在電流源輸出上。
監(jiān)視電路27’優(yōu)選具有形成線圈WL的幾圈線。線圈被設(shè)置在電流源22的主電感線圈(未示出)的周圍或與其鄰近。在線圈WL和主電感線圈之間的磁鏈經(jīng)過線圈WL施加電壓。經(jīng)過線圈WL的電壓依次使電流流過二極管D38’、D39’。通過二極管D38’的電流依次激發(fā)由電阻器R92’、R93’和電容器C31’形成的過濾器網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)電流流過時(shí)，對(duì)電容器C31’充電，促使電流流過電阻器R94’并使晶體管Q16’導(dǎo)通。換句話說，通過給電容器C31’充電，10ms信號(hào)的檢測(cè)優(yōu)選激發(fā)過濾器，促使電流流過電阻器R94’，引起晶體管Q16’導(dǎo)通。
當(dāng)晶體管Q16’導(dǎo)通時(shí)，優(yōu)選限制通過電阻器R95’的電流，由此防止晶體管Q17’導(dǎo)通。當(dāng)晶體管Q17’不導(dǎo)通時(shí)，允許電流通過二極管D39’以采用由電阻器R96’有效設(shè)定的時(shí)間常數(shù)對(duì)電容器C32’充電。如果經(jīng)過電容器C32’的電壓升至足夠高的電位，就會(huì)觸發(fā)由電阻器R97’、R98’和晶體管Q18’、Q19’形成的閂鎖電路。這樣閂鎖電路就可以用于使電流源22短路(優(yōu)選使其失效)。
當(dāng)電流源22失效10ms，沒有電壓通過線圈WL形成。由于然后沒有電流流過二極管D38’、D39’，因此電容器C31’可以放電。電容器C1放電有效限制了通過電阻器R94’和晶體管Q16’的電流，防止晶體管Q16’導(dǎo)通。
當(dāng)晶體管Q16’不導(dǎo)通，電流流過電阻器R99’、R95’，由此導(dǎo)致晶體管Q17’導(dǎo)通。當(dāng)晶體管Q17’導(dǎo)通時(shí)，電容器C32’優(yōu)選利用由電阻器R100’有效設(shè)定的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電。但是，10ms信號(hào)的周期防止了經(jīng)過電容器C32’的電壓升至足以觸發(fā)由電阻器R97’、R98’，和電阻器Q18’、Q19’形成的閂鎖電路。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，監(jiān)視電路27、27’優(yōu)選不連接到在充電器中的低參考電壓，即不接地。這無需再使用昂貴的高電壓部件例如高電壓電阻器和轉(zhuǎn)換器以應(yīng)付120-150伏特。
最后，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到，在此公開了對(duì)于本裝置的其它補(bǔ)充或選擇。但是，認(rèn)為所有這些補(bǔ)充和/或選擇等同于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于給電池組充電的充電器，該充電器包括電池電源，用于將電力傳送到電池組，該電池電源具有連接到控制器的第一和第二電力調(diào)整裝置；控制器，用于控制電池電源；供電裝置，可連接到外部電源，該供電裝置接收來自外部電源的電流和電壓，以便向控制器和電池電源中的至少一個(gè)提供電力；以及返送電路，用于根據(jù)從外部電源接收的電流和電壓中至少一個(gè)在第一和第二電力調(diào)整裝置之間進(jìn)行切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的充電器，其中外部電源是交通工具電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的充電器，其中返送電路監(jiān)視電池組的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的充電器，其中第一和第二電力調(diào)整裝置分別為高和低輸出電流調(diào)整裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的充電器，其中在來自外部電源的電流到達(dá)特定閾值之前，返送電路在第一和第二電力調(diào)整裝置之間切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的充電器，其中控制器包括至少部分返送電路。
7.一種給電池組充電的方法，包括步驟提供從外部電源接收電力的充電器；將電力傳送到電池組；感測(cè)外部電源的電壓；以及如果外部電源電壓低于第一閾值，降低所述傳送到電池組的電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中第一閾值約為10.2伏特。
9.一種用于給電池組充電的充電器，該充電器包括電池電源，用于將電力傳送到電池組；以及控制器，用于控制電池電源，該控制器具有用于感測(cè)電壓升高的高速輸入；其中，當(dāng)控制器通過高速輸入感測(cè)電壓升高時(shí)，控制器阻止電池電源把電力傳送給電池組。
10.一種用于給電池組充電的充電器，該充電器包括電池電源，用于將能量傳送到電池組；控制器，用于控制電池電源，該控制器使電池電源以預(yù)定的間隔提供能量脈沖；供電裝置，可連接到外部電源，該供電裝置接收來自外部電源的電流和電壓，以便向控制器和電池電源中至少一個(gè)提供電力；以及監(jiān)視電路，用于監(jiān)視所述能量脈沖，如果沒有接收到所述能量脈沖，該監(jiān)視電路就會(huì)使電池電源和供電裝置中至少一個(gè)失效。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中監(jiān)視電路包括兩個(gè)定時(shí)器電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中監(jiān)視電路包括第一定時(shí)器電路、第二定時(shí)電路和閂鎖電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中外部電源是交通工具電池。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中監(jiān)視電路監(jiān)視經(jīng)過感應(yīng)線圈的所述能量脈沖。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中監(jiān)視電路感應(yīng)連接到電池電源。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的充電器，其中監(jiān)視電路不接地。
全文摘要
充電器，包括控制器，具有至少兩個(gè)連接到控制器的電力調(diào)整裝置的電池電源，可連接到外部電源的供電裝置，該供電裝置接收來自外部電源的電流和電壓，以便向控制器和電池電源中至少一個(gè)提供電力，以及返送電路，用于根據(jù)從外部電源接收的電流和電壓中至少一個(gè)在兩個(gè)電力調(diào)整裝置之間進(jìn)行切換。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1474494SQ03128529
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者杰弗里·S·霍華德, 納撒內(nèi)爾·A·麥克利, 維基·J·米德, 布賴恩·C·斯特林, 丹·T·特林, 羅伯特·A·尤塞爾曼, 弗雷德·S·沃茨, 賈內(nèi)爾·揚(yáng), A 尤塞爾曼, C 斯特林, S 沃茨, 揚(yáng), J 米德, ぬ亓, 爾 A 麥克利, 杰弗里 S 霍華德 申請(qǐng)人:布萊克和戴克公司