智慧型充電器

智慧型充電器是通用型智慧型充電器。能夠針對每一種電池的特性給出不同的充電模式以及相應的算法，以達到最佳的充電效果。設計通用型智慧型充電器時．需要充分考慮3種電池的充電特性，針對每一種電池的特性給出不同的充電模式以及相應的算法。可充電電池具有較高的性能價格比、放電電流大、壽命長等特點，廣泛套用於各種通信設備、儀器儀表、電氣測量裝置中。

基本介紹

• 中文名：智慧型充電器
• 設計思想：充電模式
• 相關：鎳氫/鎳鎘電池充電模式
• 技術：智慧型充電器電路技術

充電原理

可充電電池具有較高的性能價格比、放電電流大、壽命長等特點，廣泛套用於各種通信設備、儀器儀表、電氣測量裝置中。但是不同類型的電池如鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離子電池具有不同的充電特性和過程。不同的電池應採用不同的充電控制技術。常用的控制技術有：電壓負增量控制、時間控制、溫度控制、最高電壓控制技術等。其中電壓負增量控制是目前公認的較先進的控制方法之一。充電時，當測量到電池電壓負增量時就可以確定該電池己經充滿，從而將充電轉變為涓流充電。時間控制預定充電時間，當充電時間達到後，使充電器停止充電或轉為涓流充電，這種方法較安全。溫度控制法是當電池達到充滿狀態時，電池溫度上升較快，測量電池溫度或溫度的變化，從而確定是否對電池停止充電。最高電壓控制則是根據充電電池的最高允許電壓來判斷充電狀態，這種方法靈活性較好。本文介紹一種智慧型充電器，能對鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離子電池進行充電，並對充電電池具有自動檢測能力。

充電器設計思想

設計通用型智慧型充電器時．需要充分考慮3種電池的充電特性，針對每一種電池的特性給出不同的充電模式以及相應的算法．

鎳氫/鎳鎘電池充電模式

這2種鎳類電池具有相似的充電特性曲線，因而可以用一樣的充電算法。這2種電池的主要充電控制參數為-ΔV和溫度θ．

對鎳氫/鎳鎘電池由預充電到標準充電轉換的判據為：①單節電池電壓水平0.6～1V；②電池溫度-5～0C．電池飽和充電的判據為：①電池電壓跌落或接近零增長 –ΔV= 6～15 mV/節；②電池最高溫度θmax>50℃；③電池溫度上升率dθ/dt ≥1.0℃/min。由於溫度的變化容易受環境影響,因而實際用於判別充電各階段的變數主要為–ΔV、θmax，其中對–ΔV的檢測需要有足夠的A/D解析度和較高的電流穩定度．-△V的測量與A/D解析度、充電電流的穩定性與電池內阻之間有以下關係:當電池內阻等於50Ω(接近飽和充電)時，充電電流=1200mA，電流漂移等於5%，單節電池的最高充電電壓為1.58V，則此時電流漂移可能引起的電池電壓變化為3 mV。

鋰離子電池充電模式

在鋰離子電池充電採樣時，測量到的電壓是電池的線上電壓，一般線上電壓要高於靜態電壓（與內阻有關）．在充電器設計中，對鋰離子電池充電各階段轉換判斷的測量參數只有線上電壓，電壓採樣偏差小於 0.05 V．

分類

普通蓄電池：普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構成，電解液是硫酸的水溶液。它的主要優點是電壓穩定；缺點是比能低(即每公斤蓄電池存儲的電能)、使用壽命短。

乾荷蓄電池：它的全稱是乾式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點是負極板有較高的儲電能力，在完全乾燥狀態下，能在兩年內保存所得到的電量，使用時，只需加入電解液，等過20—30分鐘就可使用。

免維護蓄電池：免維護蓄電池由於自身結構上的優勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內基本不需要補充蒸餾水。它還具有耐震、 耐高溫等特點。

電路技術

要保證蓄電池的正常壽命，就必須給蓄電池提供其可接受且科學的充電電流，智慧型充電器就是在這種背景下發展起來的。而一台智慧型充電器是否達到了設計指標，理論上可以用真實的二次電池來測試，但這種方法是一個冗長且很難操作的過程，在研究和生產中是不符合實際情況的，定電壓電子負載就可以很好地解決這個問題。

定電壓電子負載的原理

電子負載是利用大功率半導體器件吸收電源提供的電流，轉換成熱能，從而達到模擬負載的電源測試儀器。定電壓（CV）電子負載的工作原理如圖1所示。它將從電源吸收足夠的電流來控制其輸出電壓達到設定值，因而它可以模擬蓄電池的端電壓，可快速、準確地測試智慧型電池充電器的輸出特性，另外它也可使用於測試電源的限流特性。

(a)電子負載的原理（CV） (b)輸出特性

圖1電子負載的原理及輸出特性

定電壓電子負載的研製

JTU—100型電子負載的原理圖如圖2所示，它最大可以吸收10A的電流，圖中V1、V2為調整管，Uref為可調基準源，1、2為輸出端，調節Uref的大小，不管負載如何變化，都可以在1、2端得到設定的電壓。

圖2JTU－100型電子負載的原理圖

智慧型電池充電器的性能測試研究

圖3是開發的一種智慧型電池充電器的原理框圖，它滿足12VVRLA蓄電池在循環使用條件下的充電要求，設計指標為：

圖3智慧型電池充電器的原理框圖

（1）當Ub≤14.2V時，恆流充電，充電電流為2A。

（2）當Ub>14.2V時，充電電流隨電池電壓的升高而線性減小。

（3）當Ub≥15.5時，以10mA左右的電流給蓄電池充電，用以補償蓄電池自放電的電流。

（4）充電閾值電壓溫度補償係數為－23mV/℃(12VVRLA蓄電池)

測試步驟如下：

①給JTU—100型電子負載接上電源，並將輸出調整到13.5V。

②按圖4接線。

③先打開電子負載的開關，再打開智慧型電池充電器的開關，電流表顯示為2A，電壓表顯示為13.5V。

④逐漸增加電子負載的輸出電壓，當電壓大於14.2V時，輸出電流逐漸減小，當電子負載的輸出電壓升至15.5V時，電流降至10mA左右。

⑤逐漸減小電子負載的輸出電壓，電流表的讀數線性增加，當輸出電壓小於14.2V時,電流表的讀數增至2A並維持不變。

⑥為了測出充電閾值電壓的溫度補償是否達到設計指標，將智慧型電池充電器的溫度感測器放到恆溫箱中，測出該溫度下的充電曲線。測量結果如圖5所示。