基本信息
- 项目名称：
- 压流可控式万能充电器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 不同的电池的充电截止电压不同，适当调节充电器的输出电压，满足不同充电截止电压不同的锂离子电池的需求。独有的LCD显示屏设计可以在上面读出充电器以及电池的相关参数。内部优化的智能控制芯片可以为电池起到更好的保护作用。备用的散热装置极大地解决了电池在充电过程中散热问题。
- 详细介绍：
- 研究内容： 压流可控式万能充电器的设计： 1 .可以改变充电电流和充电电压的控制电路 （1）可以改变充电电流的控制电路 电流的改变可以是通过设置在压流可控式万能充电器上面的由人工控制的旋钮进行调节，电流改变的大小可以由设置在充电器上面的简易的LCD显示屏直接观察调节的大小。电流的改变是由内部的电路控制的，改变原始万能充电器内部的振荡电路，将原始万能冲电器的单一大小电流和电压变成可以调节大小的电流和电压，这样，冲电器的输出电流就可以通过万能充电器上面的螺旋扭进行改变。根据不同的电池,适当调节合适的电流，达到理想的充电效果。由于普通锂离子电池对充电电流的承受能力很强，当解决好电池充电过程中所产生的散热问题之后，就可以将充电电流提高很大。对于锂离子电池的充电电流，厂家试验时都可以很高，国标高倍率规定为1C（C为放电倍率：指电池在规定时间内，放出其额定容量时所输出的电流值，它在数值上等于额定容量的倍数，如2倍率放电：假定电池容量为3Ah，则电流为2×3=6A。俗称2C放电），所以根据YD/T998.2-1999移动通信手持机用锂离子电源及充电器充电器标准，将可变电流的上限设置为低于标准1c的0.87c，确保了充电过程中安全性能。 图1 的恒流源电路实例，接在集成变压器LM317AH和电阻R5为1个可变电阻器，就可以组成输出电流可调的恒流源。 （2）可以改变充电充电电压的控制电路 市售普通万能充电器不能调节电压，一旦对普通万能充电器设置好充电截止电压，无论被充电的电池规格如何，普通万能充电器对电池的充电截止电压设置都不会发生改变，这样就不能满足市场上多种规格锂离子电池的充电需求。压流可控式万能充电器通过内部集成的IC电路，使用者可以根据不同规格的锂离子电池进行不同额度充电电压的调节。满足不同规格锂离子电池的充电需求。 图2 图2是变压器的原理图解 图3 图3是一个上下限电压检测电路，通过调节各组件的大小，可以使电池在某个特定的电压范围内进行充电，例如当电压低于3.7v自动充电，当充电达到4.2v时自动停止。 2．独有的LCD显示屏幕设计 压流可控式万能充电器独有的显示屏给冲电器带来了更多的功能扩展性，显示屏可以显示出电池的规格，例如，显示屏可以显示理论上电池内部规定的充电电流大小，电池充电过程中的温度最高是多少，这些信息都是可以从冲电器的第三个触角通过连接电池的第三个接线处的电极从电池（标准的原装的电池内部会有一个智能芯片，这个智能芯片保存着电池的某些特定的信息，压流可控是万能充电器可以通过第三触角与电池的这个芯片相接触，进而从中获取信息）中得到。显示屏上面还可以显示正在充电的电池的信息，包括电池充电的完成时间，已充电百分比等等。 3.采用余弦充电法，解决大电流充电过程中的“发热”问题 由于锂离子电池对充电电流敏感，过大充电电流很容易导致电池发热发胀、活性物质脱落等问题，所以在设计过程中必须改变传统的充电方式。压流可控式万能冲电器可以采取余弦电流充电的方式，即余弦法，也就是说并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之变化，将最高电流设置为0.87c，有效电流就是（0.87／1.414）C=0.615 C这样能缓解热量的积聚。有的时候采用余弦波充电还不够，很多都采用在一个余弦波后插入一个很短暂的放电这种方法。这种做法可以缓解由于反电势消耗充电电流所产生的热量积累，从而进一步控制温度从而将温度控制在一定范围内。由于这类充电器不再使用恒定的电流充电，也和过去的恒流充电器有明显的区别。 4.压流可控式万能充电器附带独有的usb口以及多功能可扩展的usb电源输出线 传统的万能充电器只有两个充电的触控脚，基本上就是一个正极一个负极，这种充电原理很简单，就是把电流传送到电池的内部，而压流可控式万能充电器是一种改变了传统的万能充电器的充电机制，不但把传统的万能充电器的双触角改变成规格的三触角，并带有一个多功能多转接口的usb充电线，这个线一边是与万能充电器的usb借口相连接，另一边分出来几种特定的接口，根据不同的手机充电接口进行充电，所以就可以改变传统万能充电器必须将电池取下来充的缺点。 5.改万能充电器的双触角为三触角，优化内部的智能控制电路和控制芯片 传统的万能充电器由于设计电路的简单，商家对成本的低级追求，所以省去了万能冲电器上面的第三个触角。而压流可控式万能充电器追求功能的卓越，将二个触角变成三个触角，第三个触角拥有对电池内部智能控制芯片的识别功能。集成在压流可控式万能充电器内部电池控制电路，通过第三个触角在充电过程中读取电池内部智能芯片的信息，包括电池容量、温度补偿参数、告警保护等信息，这样，就能更有效地的进行充电，保证电池的充电完好及使用安全，提高充电效率。 压流可控式万能充电器内部控制电路还能识别电池内部的NTC（热敏电阻）和标准电阻，因为不同的电池由不同的标准电阻与充电器构成回路，进而决定充电电流的大小，而在充电电流决定后，又根据不同的环境温度，由热敏电阻和充电器构成另外的回路来调整充电电流的大小。（有些电池只有热阻，有些电池只有标阻，而有些电池两个都有。）当充电电流过大导致温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化，与充电器构成回路来调整充电电流大小，保护电池，避免过热。充电器内部控制电路还采用了足够精度的电压参考源电路（此电路采用一片LM2901四路差动比较器用为充电控制），因为万能充电器在达到3.9V-4.34V（标准电压是4.2V的锂离子电池）转恒压充电数小时后，准确和稳定的充满和放尽电压控制对电池寿命有很大影响，因为锂离子电池对充电电流的吸收是100%的，即便是很小的电流依然也存在过充电问题，因此采用了足够精度的电压参考源电路，为电池的安全充电保驾护航。 7.内部设有智能正负极识别电路 由于不同的电池的正负极方向不同，如果使用者不慎将电池的正负极与充电器的正负极接反，这样导致的后果不堪设想，而压流可控式万能充电器内置智能识别电路，自动转换充电器输出极性以适应电池正负极，消除充电的不安全隐患。正负极识别电路电路图： 图4 8.防止过冲而采用的涓流充电模式 对于压流可控式万能充电器在较高的电流的情况下充电时，充电时间到了之后如果忘记停止充电，对电池的伤害要远大于慢速恒流充电器过充产生的伤害，充电器一般都采用了比如电压斜率判断法等方法来判断电池是否接近充满，这些充电器都使用了控制电路或者IC芯片来完成这一任务。当电池接近充满时，控制电路会自动转入涓流充电模式（即首先恒流充电，即电流一定，而电池电压随着充电过程逐步升高，当电池端电压达到4.2V（4.1V）,改恒流充电为恒压充电，即电压一定，电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续逐步减小，当减小到0.01C时，认为充电终止），这就是对电池进行涓流充电。采用涓流电流对电池进行充电的好处是很明显的，其一如前所述，涓流充电能将电池充的很满，其次就是不用担心过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。 9.可备用的散热装置 余弦法充电可以在一定程度上减少热量的产生，但是其所产生的散热效果极其有限，当电池过热时，可以在压流可控式万能充电器的内部设置散热装置，此散热装置是由一个高效的风扇解决的，散热风扇设置在万能充电器内部，被充电电池的下部，当电池达到一定的温度时，智能控制芯片检测电池温度过高，将信号发送给散热风扇，散热风扇通过内部电路启动，将热量散出。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的意义：压流可控式万能充电器，是一种新型的万能充电设备。它可以根据不同规格的电池进行不同方式的充电，其充电电压和充电电流在一定的额度范围内可以进行调节。对于容量是500mAh的锂离子电池，压流可控式万能充电器会以250ma的电流进行充电，这会在两个小时充满，而对于1600mah的电池，压流可控式万能充电器摆脱传统万能充电器的束缚，压流可控式万能充电器会以400ma的电流进行充电，这样，就会在4个小时充满！不同的电池的充电截止电压不同，适当调节充电器的输出电压，满足不同充电截止电压不同的锂离子电池的需求。独有的LCD显示屏设计可以在上面读出充电器以及电池的相关参数。内部优化的智能控制芯片可以为电池起到更好的保护作用。备用的散热装置极大地解决了电池在充电过程中散热问题。 国内外同类研究的动态：国内外在锂离子万能充电器的技术领域发展一直处于初步阶段，市售的万能充电器多数都是功能单一，结构简单，安全性能较差，采用充电电压和充电电流不变的恒流充电模式的万能充电器。在IC电路方面集成度较低。
科学性、先进性
- 创新之处： 1．根据不同规格的电池进行不同方式的充电，其充电电压和充电电流在一定的额度范围内可以进行调节。 2．在充电器上设置了独有的LCD显示屏，用于显示充电器和电池的相关参数。 3．一种新型的与万能充电器相连接的可扩展usb连接线，这种可扩展USB连接线具有另一端可附带型号手机的插头，可以实现和USB的转接。 4．压流可控式万能充电器的双充电触角改为三充电触角，其中一个充电触角用于识别电池内部智能芯片，其内部装有高集成度的IC电路控制芯片。 5电池极性自动识别电路：可以使充电电池不分正负极进行充电。解决老式充电器极性接反就不能充电的弊端。
获奖情况及鉴定结果
- 山东科技大学挑战杯一等奖
作品所处阶段
- 正在研发
技术转让方式
- 资金转让
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目的意义：压流可控式万能充电器，是一种新型的万能充电设备。它可以根据不同规格的电池进行不同方式的充电，其充电电压和充电电流在一定的额度范围内可以进行调节。对于容量是500mAh的锂离子电池，压流可控式万能充电器会以250ma的电流进行充电，这会在两个小时充满，而对于1600mah的电池，压流可控式万能充电器摆脱传统万能充电器的束缚，压流可控式万能充电器会以400ma的电流进行充电，这样，就会在4个小时充满！不同的电池的充电截止电压不同，适当调节充电器的输出电压，满足不同充电截止电压不同的锂离子电池的需求。独有的LCD显示屏设计可以在上面读出充电器以及电池的相关参数。内部优化的智能控制芯片可以为电池起到更好的保护作用。备用的散热装置极大地解决了电池在充电过程中散热问题。 国内外同类研究的动态：国内外在锂离子万能充电器的技术领域发展一直处于初步阶段，市售的万能充电器多数都是功能单一，结构简单，安全性能较差，采用充电电压和充电电流不变的恒流充电模式的万能充电器。在IC电路方面集成度较低。
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- 国内外同类研究的动态：国内外在锂离子万能充电器的技术领域发展一直处于初步阶段，市售的万能充电器多数都是功能单一，结构简单，安全性能较差，采用充电电压和充电电流不变的恒流充电模式的万能充电器。在IC电路方面集成度较低。
