智能充电器

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充电原理
可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。但是不同类型的电池如镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。不同的电池应采用不同的充电控制技术。常用的控制技术有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。其中电压负增量控制是公认的较先进的控制方法之一。充电时，当测量到电池电压负增量时就可以确定该电池己经充满，从而将充电转变为涓流充电。时间控制预定充电时间，当充电时间达到后，使充电器停止充电或转为涓流充电，这种方法较安全。
温度控制法是当电池达到充满状态时，电池温度上升较快，测量电池温度或温度的变化，从而确定是否对电池停止充电。最高电压控制则是根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态，这种方法灵活性较好。本文介绍一种智能充电器，能对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池进行充电，并对充电电池具有自动检测能力。
充电器设计思想
设计通用型智能充电器时．需要充分考虑3种电池的充电特性，针对每一种电池的特性给出不同的充电模式以及相应的算法．
镍氢/镍镉电池充电模式
这2种镍类电池具有相似的充电特性曲线，因而可以用一样的充电算法。这2种电池的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ．
对镍氢/镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为：①单节电池电压水平0.6～1V；②电池温度-5～0C．电池饱和充电的判据为：①电池电压跌落或接近零增长 –ΔV= 6～15 mV/节；②电池最高温度θmax>50℃；③电池温度上升率dθ/dt ≥1.0℃/min。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–ΔV、θmax，其中对–ΔV的检测需要有足够的A/D分辨率和较高的电流稳定度．-△V的测量与A/D分辨率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系:当电池内阻等于50Ω(接近饱和充电)时，充电电流=1200mA，电流漂移等于5%，单节电池的最高充电电压为1.58V，则此时电流漂移可能引起的电池电压变化为3 mV。
锂离子电池充电模式
在锂离子电池充电采样时，测量到的电压是电池的在线电压，一般在线电压要高于静态电压（与内阻有关）．在充电器设计中，对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有在线电压，电压采样偏差小于 0.05 V．
分类
普通蓄电池：普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短。
干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过20—30分钟就可使用。
免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、 耐高温等特点。
电路技术
要保证蓄电池的正常寿命，就必须给蓄电池提供其可接受且科学的充电电流，智能充电器就是在这种背景下发展起来的。而一台智能充电器是否达到了设计指标，理论上可以用真实的二次电池来测试，但这种方法是一个冗长且很难操作的过程，在研究和生产中是不符合实际情况的，定电压电子负载就可以很好地解决这个问题。
定电压电子负载的原理
电子负载是利用大功率半导体器件吸收电源提供的电流，转换成热能，从而达到模拟负载的电源测试仪器。定电压（CV）电子负载的工作原理如图1所示。它将从电源吸收足够的电流来控制其输出电压达到设定值，因而它可以模拟蓄电池的端电压，可快速、准确地测试智能电池充电器的输出特性，另外它也可使用于测试电源的限流特性。
(a)电子负载的原理（CV） (b)输出特性
图1电子负载的原理及输出特性
定电压电子负载的研制
JTU—100型电子负载的原理图如图2所示，它最大可以吸收10A的电流，图中V1、V2为调整管，Uref为可调基准源，1、2为输出端，调节Uref的大小，不管负载如何变化，都可以在1、2端得到设定的电压。
图2JTU－100型电子负载的原理图
智能电池充电器的性能测试研究
图3是开发的一种智能电池充电器的原理框图，它满足12VVRLA蓄电池在循环使用条件下的充电要求，设计指标为：
图3智能电池充电器的原理框图
（1）当Ub≤14.2V时，恒流充电，充电电流为2A。
（2）当Ub>14.2V时，充电电流随电池电压的升高而线性减小。
（3）当Ub≥15.5时，以10mA左右的电流给蓄电池充电，用以补偿蓄电池自放电的电流。
（4）充电阈值电压温度补偿系数为－23mV/℃(12VVRLA蓄电池)
测试步骤如下：
①给JTU—100型电子负载接上电源，并将输出调整到13.5V。
②接线。
③先打开电子负载的开关，再打开智能电池充电器的开关，电流表显示为2A，电压表显示为13.5V。
④逐渐增加电子负载的输出电压，当电压大于14.2V时，输出电流逐渐减小，当电子负载的输出电压升至15.5V时，电流降至10mA左右。
⑤逐渐减小电子负载的输出电压，电流表的读数线性增加，当输出电压小于14.2V时,电流表的读数增至2A并维持不变。
⑥为了测出充电阈值电压的温度补偿是否达到设计指标，将智能电池充电器的温度传感器放到恒温箱中，测出该温度下的充电曲线。