锂电池和镍氢电池自适应充电器的设计

锂电池和镍氢电池自适应充电器的设计
1曹阳，2周浩，1张楠，1杨伟
1中国矿业大学信电学院，江苏徐州（221008）
2健雄职业技术学院，江苏苏州（215411）
E-mail ：mengnancaoyang@
摘 要：本文介绍了一种智能充电器的工作原理、设计特点和2种充电模式,详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法，并针对通用充电器的工作特点，设计了一种以PIC877单片机为核心、结合MAX846A 充电芯片的镍氢和锂电池自适应充电器，该充电器可以在没有确定化学类型的时候不改变硬件结构而通过软件实现自适应充电，并利用了热敏电阻对电池在充电时产生的热量进行监控，防止电池过冲。

由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D 转换电路,保证了充电器具有很高的精度，较好地解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题。

关键词：自适应；锂电池；镍氢电池；A/D 转换
中图分类号：TM910.6
1. 引言
生活中我们接触到很多类型的充电电池，有镍氢电池，锂电池等等。

镍氢电池以其相对低廉的价格和允许大电流放电的特性使其普及率很高，锂电池则由其高能量密度小巧的外形普遍用于移动电话等小型设备中。

但是，类型不一样的电池充电方法不一样，常常要配备好几个充电器，这给我们的生活带来很大的不便。

多类型自适应电池充电器可以在不知道电池类型的情况下自动识别电池并充电，简化了充电步骤。

2. 自适应充电方法
2.1 锂电池和镍氢电池的电气特性
对于不知道化学性质的电池进行充电，充电器需要完成对所充电池的识别，然后再充电。

由表1可以看出锂电池和镍氢电池在电压上的区别很明显。

在单片机中设置电压门限q V 为2V ，开始充电前对电池电压抽样检测，当V<q V 时，判定为镍氢电池，V>q V 时判定为锂电池。

然后针对不同电池采取不同的充电方法。

表1 锂电池、镍氢电池的电气特征
Tab.1 Lithium batteries, Ni-MH battery electrical characteristics 镍氢电池 锂电池
工作电压
1.2V 3.6V 放电截止电压
0.9~1V 3V 充电端电压
1.4V 4.2V 充电电流
0.2C 0.5C 放电电流 0.1C~2C 0.25C
2.2 锂电池和镍氢电池充电方法
镍氢电池采用恒流充电的方法进行充电，充电结束标志为-∆V ，即电池端电压下降，且-∆V=(6~15) mV/节，同时需要控制电池温度上升率d θ/dt ≥1℃/]
1[节，由于温度的变化容易受
环境影响,因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为-∆V 、θmax,其中对-∆V 的检测需要有足够的A/D 分辨率和较高的电流稳定度。

由于锂电池的无耐过充特性，所以采用预充-恒流-恒压法进行充电，端电压达到4.2V 的时候恒压充电，充电结束标志为充电电流下降到C/10。

为了防止过放电电池开始充电时电流过大影响电池寿命，充电器应在充电之前检查电池电压是否大于3V ，如果小于，则应用涓流预充到3V 后在进行快速充电。

涓流大小是正常恒流充电的1/10。

3. 充电器设计
充电器电路图如图1 ,图中MAX846A ，PIC877单片机共同组成了充电器的核心。

MAX846A 是一种低功耗多化学电池充电芯片，它可以在独立的对锂电池充电，也可以和单片机配合对锂基和镍基电池充电，根据电池类型，通过OFFV 脚的高低电平选择充电方式（有浮充或无浮充）。

MAX846A 还提供可调充电电流功能，不同的占空比决定了不同的充电电]2[流。

通用充电器采用PIC877单片机进行设计，设计中单片机的主要功能是检测电池电流电压信号并改变充电模式，所以我们选择了性价比较高的PIC877单片机作为控制单元。

在镍氢电池或锂电池的充电过程中，为了充电过程的安全，必须在电池所给的最佳温度范围内给电池快速充电，因此，在整个充电过程中必须始终监视被充电电池的温度。

在充电过程中，电池温度会慢慢上升，温度达到设定最高点时应终结快速充电。

为了准确的监测电池的温度，热敏电阻应该尽量靠近电]3[池。

对整个系统而言，单片机的10位ADC 端口用来采集电池端电压BATT V ，系统充电电流I ，电池温度T 。

其分辨]4[率为Q=1
2−N FS V =4.9mV 满足单节电池下降15mV 的精度要求。

2个PWM 端口与MAX846A 的VSET 以及ISET 相连，通过不断调整PWM 的占空比控制MOS 管的导通和关断时间，来控制充电电流和充电电压的大小。

由于系统是对单节电池充电的所以，CELL2引脚置0。

当充电结束时，将与MAX846A 相连的I/O 口置0使充电结束。

图1 充电器电路图
Fig1 circuit diagram of Charger
4. 系统软件设计
系统软件流程]
3[图如图2。

系统上电时，检测电池端电压BATT V ，如果BATT V <2V 判定为镍氢电池，如果BATT V >2V 判定为锂电池，随即开始充电。

对于镍氢电池，恒压充电禁止。

设置恒流充电占空比，同时通过中断检测电池端电压的下降幅度和电池的温度，当电池端电压降低幅度高于15mV 或电池温度高于45C o 时，系统结束充电。

对于锂电池，恒流充电时其充电电流Li I 较镍氢电池大，所以PWM 占空比要提高，进入恒压充电后，当单片机上ADC 检测到充电电流下降到Li I /10或电池温度高于45C o 时，系统结束充电。

图2 系统软件流程图
Fig2System software flow chart
5. 总结
在电路的设计过程中充分利用了MAX846A芯片外接电路简单、镍氢电池和锂电池公用
机。

使控制部分既简单又实用。

同时一个应用电路的优势，结合高性价比的PIC877单片]5[
经过实验电路的实际测试,由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路构成AC/DC变换电路,在PIC与MAX846A的配合控制下可以方便的对单节电池电池进行充电。

但是此设计只能对单节电池自适应识别，对于多节电池还没有一个有效地识别方法，这是接下来需要完善
的地方。

参考文献
[1] 周志敏，周纪海，纪爱华. 充电器电路设计与应用 [M]. 北京：人民邮电出版社，2005
[2] 魏智．MAX846A在通用型充电器中的应用［J］．国外电子元器件，1999年第1期： 26-28．
[3] 周志敏，周纪海，纪爱华．开关电源实用电路［M］．北京：中国电力出版社，2005
[4] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术(第2版) [M].北京：清华大学出版社，2003
[5] 张明峰. PIC单片机入门与实战 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004
Lithium battery and Ni-MH battery adaptive charger design
1
YangWei
ZhangNan,1
ZhouHao,1
CaoYang,2
1 School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mine and Technology,
XuZou, PRC (221008)
2 chien-shiung institute of technology, SuZhou, PRC (215411)
Abstract
This paper charge principle, two kinds of charge model and design features of an intelligent charger , the hardware and software implementation methods is discussed in detail.for the characteristics of charger ,this paper provides a adaptive charger base on PIC877 single chip computer as the core, combined with general-purpose charge chip MAX846A, the charger can software adaptively charge for battery when we do not know it’s chemical and need not change the type of hardware structure. It take advantage of the thermal resistance to monitor the heat of battery and prevent the battery overcharge. Because a result of high-performance micro-controllers and high-resolution A / D conversion circuit is used, this charger has a higher degree of accuracy, a better solution for lithium-ion batteries and Ni-MH / Ni-Cd battery
Keywords:adaptively; Li battery; Ni-MH battery;A/D conversion
作者简介：曹阳，男，1985年生，硕士研究生，主要研究方向是通信与信息系统，电子电路。