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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 壓流可控式萬(wàn)能充電器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 不同的電池的充電截止電壓不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓，滿足不同充電截止電壓不同的鋰離子電池的需求。獨(dú)有的LCD顯示屏設(shè)計(jì)可以在上面讀出充電器以及電池的相關(guān)參數(shù)。內(nèi)部?jī)?yōu)化的智能控制芯片可以為電池起到更好的保護(hù)作用。備用的散熱裝置極大地解決了電池在充電過(guò)程中散熱問(wèn)題。
- 詳細(xì)介紹：
- 研究?jī)?nèi)容： 壓流可控式萬(wàn)能充電器的設(shè)計(jì)： 1 .可以改變充電電流和充電電壓的控制電路 （1）可以改變充電電流的控制電路 電流的改變可以是通過(guò)設(shè)置在壓流可控式萬(wàn)能充電器上面的由人工控制的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，電流改變的大小可以由設(shè)置在充電器上面的簡(jiǎn)易的LCD顯示屏直接觀察調(diào)節(jié)的大小。電流的改變是由內(nèi)部的電路控制的，改變?cè)既f(wàn)能充電器內(nèi)部的振蕩電路，將原始萬(wàn)能沖電器的單一大小電流和電壓變成可以調(diào)節(jié)大小的電流和電壓，這樣，沖電器的輸出電流就可以通過(guò)萬(wàn)能充電器上面的螺旋扭進(jìn)行改變。根據(jù)不同的電池,適當(dāng)調(diào)節(jié)合適的電流，達(dá)到理想的充電效果。由于普通鋰離子電池對(duì)充電電流的承受能力很強(qiáng)，當(dāng)解決好電池充電過(guò)程中所產(chǎn)生的散熱問(wèn)題之后，就可以將充電電流提高很大。對(duì)于鋰離子電池的充電電流，廠家試驗(yàn)時(shí)都可以很高，國(guó)標(biāo)高倍率規(guī)定為1C（C為放電倍率：指電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，它在數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)，如2倍率放電：假定電池容量為3Ah，則電流為2×3=6A。俗稱2C放電），所以根據(jù)YD/T998.2-1999移動(dòng)通信手持機(jī)用鋰離子電源及充電器充電器標(biāo)準(zhǔn)，將可變電流的上限設(shè)置為低于標(biāo)準(zhǔn)1c的0.87c，確保了充電過(guò)程中安全性能。 圖1 的恒流源電路實(shí)例，接在集成變壓器LM317AH和電阻R5為1個(gè)可變電阻器，就可以組成輸出電流可調(diào)的恒流源。 （2）可以改變充電充電電壓的控制電路 市售普通萬(wàn)能充電器不能調(diào)節(jié)電壓，一旦對(duì)普通萬(wàn)能充電器設(shè)置好充電截止電壓，無(wú)論被充電的電池規(guī)格如何，普通萬(wàn)能充電器對(duì)電池的充電截止電壓設(shè)置都不會(huì)發(fā)生改變，這樣就不能滿足市場(chǎng)上多種規(guī)格鋰離子電池的充電需求。壓流可控式萬(wàn)能充電器通過(guò)內(nèi)部集成的IC電路，使用者可以根據(jù)不同規(guī)格的鋰離子電池進(jìn)行不同額度充電電壓的調(diào)節(jié)。滿足不同規(guī)格鋰離子電池的充電需求。 圖2 圖2是變壓器的原理圖解 圖3 圖3是一個(gè)上下限電壓檢測(cè)電路，通過(guò)調(diào)節(jié)各組件的大小，可以使電池在某個(gè)特定的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行充電，例如當(dāng)電壓低于3.7v自動(dòng)充電，當(dāng)充電達(dá)到4.2v時(shí)自動(dòng)停止。 2．獨(dú)有的LCD顯示屏幕設(shè)計(jì) 壓流可控式萬(wàn)能充電器獨(dú)有的顯示屏給沖電器帶來(lái)了更多的功能擴(kuò)展性，顯示屏可以顯示出電池的規(guī)格，例如，顯示屏可以顯示理論上電池內(nèi)部規(guī)定的充電電流大小，電池充電過(guò)程中的溫度最高是多少，這些信息都是可以從沖電器的第三個(gè)觸角通過(guò)連接電池的第三個(gè)接線處的電極從電池（標(biāo)準(zhǔn)的原裝的電池內(nèi)部會(huì)有一個(gè)智能芯片，這個(gè)智能芯片保存著電池的某些特定的信息，壓流可控是萬(wàn)能充電器可以通過(guò)第三觸角與電池的這個(gè)芯片相接觸，進(jìn)而從中獲取信息）中得到。顯示屏上面還可以顯示正在充電的電池的信息，包括電池充電的完成時(shí)間，已充電百分比等等。 3.采用余弦充電法，解決大電流充電過(guò)程中的“發(fā)熱”問(wèn)題 由于鋰離子電池對(duì)充電電流敏感，過(guò)大充電電流很容易導(dǎo)致電池發(fā)熱發(fā)脹、活性物質(zhì)脫落等問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須改變傳統(tǒng)的充電方式。壓流可控式萬(wàn)能沖電器可以采取余弦電流充電的方式，即余弦法，也就是說(shuō)并非用恒定的大電流充電，而是像余弦波那樣電流強(qiáng)度隨之變化，將最高電流設(shè)置為0.87c，有效電流就是（0.87／1.414）C=0.615 C這樣能緩解熱量的積聚。有的時(shí)候采用余弦波充電還不夠，很多都采用在一個(gè)余弦波后插入一個(gè)很短暫的放電這種方法。這種做法可以緩解由于反電勢(shì)消耗充電電流所產(chǎn)生的熱量積累，從而進(jìn)一步控制溫度從而將溫度控制在一定范圍內(nèi)。由于這類(lèi)充電器不再使用恒定的電流充電，也和過(guò)去的恒流充電器有明顯的區(qū)別。 4.壓流可控式萬(wàn)能充電器附帶獨(dú)有的usb口以及多功能可擴(kuò)展的usb電源輸出線 傳統(tǒng)的萬(wàn)能充電器只有兩個(gè)充電的觸控腳，基本上就是一個(gè)正極一個(gè)負(fù)極，這種充電原理很簡(jiǎn)單，就是把電流傳送到電池的內(nèi)部，而壓流可控式萬(wàn)能充電器是一種改變了傳統(tǒng)的萬(wàn)能充電器的充電機(jī)制，不但把傳統(tǒng)的萬(wàn)能充電器的雙觸角改變成規(guī)格的三觸角，并帶有一個(gè)多功能多轉(zhuǎn)接口的usb充電線，這個(gè)線一邊是與萬(wàn)能充電器的usb借口相連接，另一邊分出來(lái)幾種特定的接口，根據(jù)不同的手機(jī)充電接口進(jìn)行充電，所以就可以改變傳統(tǒng)萬(wàn)能充電器必須將電池取下來(lái)充的缺點(diǎn)。 5.改萬(wàn)能充電器的雙觸角為三觸角，優(yōu)化內(nèi)部的智能控制電路和控制芯片 傳統(tǒng)的萬(wàn)能充電器由于設(shè)計(jì)電路的簡(jiǎn)單，商家對(duì)成本的低級(jí)追求，所以省去了萬(wàn)能沖電器上面的第三個(gè)觸角。而壓流可控式萬(wàn)能充電器追求功能的卓越，將二個(gè)觸角變成三個(gè)觸角，第三個(gè)觸角擁有對(duì)電池內(nèi)部智能控制芯片的識(shí)別功能。集成在壓流可控式萬(wàn)能充電器內(nèi)部電池控制電路，通過(guò)第三個(gè)觸角在充電過(guò)程中讀取電池內(nèi)部智能芯片的信息，包括電池容量、溫度補(bǔ)償參數(shù)、告警保護(hù)等信息，這樣，就能更有效地的進(jìn)行充電，保證電池的充電完好及使用安全，提高充電效率。 壓流可控式萬(wàn)能充電器內(nèi)部控制電路還能識(shí)別電池內(nèi)部的NTC（熱敏電阻）和標(biāo)準(zhǔn)電阻，因?yàn)椴煌碾姵赜刹煌臉?biāo)準(zhǔn)電阻與充電器構(gòu)成回路，進(jìn)而決定充電電流的大小，而在充電電流決定后，又根據(jù)不同的環(huán)境溫度，由熱敏電阻和充電器構(gòu)成另外的回路來(lái)調(diào)整充電電流的大小。（有些電池只有熱阻，有些電池只有標(biāo)阻，而有些電池兩個(gè)都有。）當(dāng)充電電流過(guò)大導(dǎo)致溫度變化時(shí)，熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，與充電器構(gòu)成回路來(lái)調(diào)整充電電流大小，保護(hù)電池，避免過(guò)熱。充電器內(nèi)部控制電路還采用了足夠精度的電壓參考源電路（此電路采用一片LM2901四路差動(dòng)比較器用為充電控制），因?yàn)槿f(wàn)能充電器在達(dá)到3.9V-4.34V（標(biāo)準(zhǔn)電壓是4.2V的鋰離子電池）轉(zhuǎn)恒壓充電數(shù)小時(shí)后，準(zhǔn)確和穩(wěn)定的充滿和放盡電壓控制對(duì)電池壽命有很大影響，因?yàn)殇囯x子電池對(duì)充電電流的吸收是100%的，即便是很小的電流依然也存在過(guò)充電問(wèn)題，因此采用了足夠精度的電壓參考源電路，為電池的安全充電保駕護(hù)航。 7.內(nèi)部設(shè)有智能正負(fù)極識(shí)別電路 由于不同的電池的正負(fù)極方向不同，如果使用者不慎將電池的正負(fù)極與充電器的正負(fù)極接反，這樣導(dǎo)致的后果不堪設(shè)想，而壓流可控式萬(wàn)能充電器內(nèi)置智能識(shí)別電路，自動(dòng)轉(zhuǎn)換充電器輸出極性以適應(yīng)電池正負(fù)極，消除充電的不安全隱患。正負(fù)極識(shí)別電路電路圖： 圖4 8.防止過(guò)沖而采用的涓流充電模式 對(duì)于壓流可控式萬(wàn)能充電器在較高的電流的情況下充電時(shí)，充電時(shí)間到了之后如果忘記停止充電，對(duì)電池的傷害要遠(yuǎn)大于慢速恒流充電器過(guò)充產(chǎn)生的傷害，充電器一般都采用了比如電壓斜率判斷法等方法來(lái)判斷電池是否接近充滿，這些充電器都使用了控制電路或者IC芯片來(lái)完成這一任務(wù)。當(dāng)電池接近充滿時(shí)，控制電路會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電模式（即首先恒流充電，即電流一定，而電池電壓隨著充電過(guò)程逐步升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V（4.1V）,改恒流充電為恒壓充電，即電壓一定，電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過(guò)程的繼續(xù)逐步減小，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止），這就是對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。采用涓流電流對(duì)電池進(jìn)行充電的好處是很明顯的，其一如前所述，涓流充電能將電池充的很滿，其次就是不用擔(dān)心過(guò)充的問(wèn)題，因此使用這類(lèi)充電器的最大好處就是不用再去計(jì)算時(shí)間。 9.可備用的散熱裝置 余弦法充電可以在一定程度上減少熱量的產(chǎn)生，但是其所產(chǎn)生的散熱效果極其有限，當(dāng)電池過(guò)熱時(shí)，可以在壓流可控式萬(wàn)能充電器的內(nèi)部設(shè)置散熱裝置，此散熱裝置是由一個(gè)高效的風(fēng)扇解決的，散熱風(fēng)扇設(shè)置在萬(wàn)能充電器內(nèi)部，被充電電池的下部，當(dāng)電池達(dá)到一定的溫度時(shí)，智能控制芯片檢測(cè)電池溫度過(guò)高，將信號(hào)發(fā)送給散熱風(fēng)扇，散熱風(fēng)扇通過(guò)內(nèi)部電路啟動(dòng)，將熱量散出。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的意義：壓流可控式萬(wàn)能充電器，是一種新型的萬(wàn)能充電設(shè)備。它可以根據(jù)不同規(guī)格的電池進(jìn)行不同方式的充電，其充電電壓和充電電流在一定的額度范圍內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于容量是500mAh的鋰離子電池，壓流可控式萬(wàn)能充電器會(huì)以250ma的電流進(jìn)行充電，這會(huì)在兩個(gè)小時(shí)充滿，而對(duì)于1600mah的電池，壓流可控式萬(wàn)能充電器擺脫傳統(tǒng)萬(wàn)能充電器的束縛，壓流可控式萬(wàn)能充電器會(huì)以400ma的電流進(jìn)行充電，這樣，就會(huì)在4個(gè)小時(shí)充滿！不同的電池的充電截止電壓不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓，滿足不同充電截止電壓不同的鋰離子電池的需求。獨(dú)有的LCD顯示屏設(shè)計(jì)可以在上面讀出充電器以及電池的相關(guān)參數(shù)。內(nèi)部?jī)?yōu)化的智能控制芯片可以為電池起到更好的保護(hù)作用。備用的散熱裝置極大地解決了電池在充電過(guò)程中散熱問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究的動(dòng)態(tài)：國(guó)內(nèi)外在鋰離子萬(wàn)能充電器的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展一直處于初步階段，市售的萬(wàn)能充電器多數(shù)都是功能單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性能較差，采用充電電壓和充電電流不變的恒流充電模式的萬(wàn)能充電器。在IC電路方面集成度較低。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 創(chuàng)新之處： 1．根據(jù)不同規(guī)格的電池進(jìn)行不同方式的充電，其充電電壓和充電電流在一定的額度范圍內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2．在充電器上設(shè)置了獨(dú)有的LCD顯示屏，用于顯示充電器和電池的相關(guān)參數(shù)。 3．一種新型的與萬(wàn)能充電器相連接的可擴(kuò)展usb連接線，這種可擴(kuò)展USB連接線具有另一端可附帶型號(hào)手機(jī)的插頭，可以實(shí)現(xiàn)和USB的轉(zhuǎn)接。 4．壓流可控式萬(wàn)能充電器的雙充電觸角改為三充電觸角，其中一個(gè)充電觸角用于識(shí)別電池內(nèi)部智能芯片，其內(nèi)部裝有高集成度的IC電路控制芯片。 5電池極性自動(dòng)識(shí)別電路：可以使充電電池不分正負(fù)極進(jìn)行充電。解決老式充電器極性接反就不能充電的弊端。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 山東科技大學(xué)挑戰(zhàn)杯一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 正在研發(fā)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 資金轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 目的意義：壓流可控式萬(wàn)能充電器，是一種新型的萬(wàn)能充電設(shè)備。它可以根據(jù)不同規(guī)格的電池進(jìn)行不同方式的充電，其充電電壓和充電電流在一定的額度范圍內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于容量是500mAh的鋰離子電池，壓流可控式萬(wàn)能充電器會(huì)以250ma的電流進(jìn)行充電，這會(huì)在兩個(gè)小時(shí)充滿，而對(duì)于1600mah的電池，壓流可控式萬(wàn)能充電器擺脫傳統(tǒng)萬(wàn)能充電器的束縛，壓流可控式萬(wàn)能充電器會(huì)以400ma的電流進(jìn)行充電，這樣，就會(huì)在4個(gè)小時(shí)充滿！不同的電池的充電截止電壓不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓，滿足不同充電截止電壓不同的鋰離子電池的需求。獨(dú)有的LCD顯示屏設(shè)計(jì)可以在上面讀出充電器以及電池的相關(guān)參數(shù)。內(nèi)部?jī)?yōu)化的智能控制芯片可以為電池起到更好的保護(hù)作用。備用的散熱裝置極大地解決了電池在充電過(guò)程中散熱問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究的動(dòng)態(tài)：國(guó)內(nèi)外在鋰離子萬(wàn)能充電器的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展一直處于初步階段，市售的萬(wàn)能充電器多數(shù)都是功能單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性能較差，采用充電電壓和充電電流不變的恒流充電模式的萬(wàn)能充電器。在IC電路方面集成度較低。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究的動(dòng)態(tài)：國(guó)內(nèi)外在鋰離子萬(wàn)能充電器的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展一直處于初步階段，市售的萬(wàn)能充電器多數(shù)都是功能單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性能較差，采用充電電壓和充電電流不變的恒流充電模式的萬(wàn)能充電器。在IC電路方面集成度較低。
