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目 录第一章 镇福/镇氢电池智能快速充电器.1.1 镇镉/镇氢电池的原理及充电方法.(1)1.1.1 银镉/镇氢电池的发展.(D1.1-2 蓄电池参数.(D1.1.3 镣镉蓄电池的工作原理.;.(2)1.1.4 银氢电池的工作原理.(5)1.1.5 电池充电待性.(6)1-1.6 充电过程与充电方法.(7)1.1.7 快速充电终止控制方法.(9)1.1.8 充电器控制集成电路.(10)1.2 由ICS1700微处理器组成的充电器:.(11)1.2.1 ICS1700 微处理器.(11)1.2.2 用ICS1700组成的银镉电池快速充电器.(17)1.2.3 用ICS1720组成的锦氢电池充电器实际电路.(19)1.3 由UT550组成的智能充电器：.(22)1.3.1 UT550 功能说明.(22)1.3.2 管脚结构及功能.(23)1.3.3 充电电路与充电程序.(24)1.3.4 保护功能.(27)1.3.5 放电功能.(29)1.3.6 电量显示.(31)1.3.7 生产测试.(32)1-3.8 实用电路.(32)1.4 由MAX2003组成的快速充电器.(34)1.4.1 概述.(34)1.4.2 基本工作原理.(34)1.4.3 实用开关型快速充电器设计.(43)1-4.4 其它应用实例.(47)1.5 由bq2OO2组成的快速充电器.(49)1.5.1 bq2002 主要特点.(49)1.5.2 基本工作原理.(51)1.5.3 由bq2002组成的快速充电器实际电路.(54)1.6 TEA1100(1101)组成的快速充电器.(54)1.6.1 TEA1100/TEA1101 主要特性.(55)1.6.2 管脚排列及功能.(55)1.6.3 TEA1100基本工作原理.（56）1.6.4 串联型开关电源充电器设计.（60）1.7 MAX712（713）组成的快速充电器.（63）1.7.1 MAX712/MAX713 简介.（63）1.7.2 简单快速充电静设计.（66）1.7.3 充电特性曲线.（68）1.7.4 MAX712/MAX713 的供电.（69）1.7.5 充电状态.（69）1.7.6 控制回路.;.（71）1.7.7 控制快速充电终止的方法.（72）1.7.8 应用实例.（73）1.8 UCC39 0g组成的伺服快速充电器.（77）1.8.1 UCC39 05 简介.（77）1.8.2 充电特性.（78）1.8.3 UCC39 05 的充电状态.（79）1.8.4 采用UCC39 O5的开关型充电器.81）第二章 密封铅酸蓄电池智能快速充电器.（82）2.1密封铅酸蓄电池.（82）2.L1密封免维护铅酸蓄电池的结构.（82）2.1.2密封铅酸蓄电池的充电特性.（83）2.2 密封铅酸蓄电池充电控制器.*.（84）2.2.1 密封铅酸蓄电池线性充电控制器UC39 06.（84）2.2.2开关型充电控制器UC39 09.（86）2.2.3 铅酸蓄电池快速充电控制器bq2031.（88）2.3 铅酸蓄电池智能充电器.（98）2.3.1双电平浮充充电器.（98）2.3.2 两级恒流充电器.（,104）2.3.3采用UC39 O6的开关型充电器.（106）2.3.4 由UC39 09组成的开关型快速充电器.（110）2.3.5 离线式开关型铅酸蓄电池快速充电器.（U5）第三章锂离子电池充电器.（U6）3.1 锂离子电池.（116）3.1.1 锂电池进展.Cd（OH）2（2）正极反应正极板上的活性物质是氢氧化镇（NiOOH）晶体。镖为正三价离子（Ni3+）,晶格中 2 每两个镇离子可从外电路获得负极转移出的两个电子，生成两个二价离子2Ni2+。与此同 时，溶液中每两个水分子电离出的两个氢离子进入正极板，与晶格上的两个氧负离子结 合，生成两个氢氧根离子，然后与晶格上原有的两个氢氧根离子一起，与两个二价钱离 子生成两个氢氧化亚银晶体。2NiOOH2Ni3+2OH-+202-2Ni3+4-2e-*2Ni2+2H2(A2H+2OH-+)2即+2。2-+2H+2OH-2Ni(0H%2NiOOH+2H2O 4-2e-*2Ni(OH)2+2OH-将以上两式相加，即得银镉蓄电池放电时的总反应式：2NiOOH+2H2O+Cd*2Ni(OH)2+Cd(OH)22.充电过程中的化学反应充电时，将蓄电池的正、负极分别与充电机的正极和负极相连，电池内部发生与放 电时完全相反的电化学反应，即负极发生还原反应，正极发生氧化反应。(1)负极反应充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路 获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应：Cd(OH)2-Cd2+4-2OH-+Cd2+2efCd_Cd(OH)2+ZefCd+2OH-(2)正极反应在外电源的作用下，正极板上的氢氧化亚银晶格中，两个二价银离子各失去一个电 子生成三价银离子，同时，晶格中两个氢氧根离子各释放出一个氢离子，将氧负离子留 在晶格上，释出的氢离子与溶液中的氢氧根离子结合生成水分子。然后，两个三价银离 子与两个氧负离子和剩下的两个氢氧根离子结合，生成两个氢氧化银晶体：2Ni(OH)22Ni2+2OH-+2OH-2Niz+-2e2Ni3+2OH-2O2-+2H+2Ni3+2O2-+2OH-2NiOOH+)2H+2OHf 2H2。2Ni(OH)2-2e+2OH-*2NiOOH+2HZO将以上两式相加，即得银镉蓄电池充电时的电化学反应：2Ni(OH)2+Cd(OH)2-*2NiOOH+Cd+2H2。蓄电池充电终了时，充电电流将使电池内发生分解水的反应，在正、负极板上将分 别有大量氧气和氢气析出，其电化学反应如下：3*负极 2H2。+2e-H?+2OH-+）正极 20H-2e-*-O2+H2O总反应 H20flM+4。2 f从上述电极反应可以看出，氢氧化钠或氢氧化钾并不直接参与反应，只起导电作用。从电池反应来看，充电过程中生成水分子，放电过程中消耗水分子，因此充、放电过程 中电解液浓度变化很小，不能用密度计检测充放电程度。3.端电压充足电后，立即断开充电电路，镣镉蓄电池的电动势可达L5V左右，但很快就下降 到 1.31 1.36V。镣镉蓄电池的端电压随充放电过程而变化，可用下式表示：U充=后充+1充R内U放=后放-7放R内从上式可以看出，充电时，电池的端电压比放电时高，而且充电电流越大，端电压 越高；放电电流越大，端电压越低。当银镉蓄电池以标准放电电流放电时，平均工作电压为1.2V。采用8h率放电时，蓄 电池的端电压下降到1.IV后，电池即放完电。4.容量和影响容量的主要因素蓄电池充足电后，在一定放电条件下，放至规定的终止电压时，电池放出的总容量 称为电池的额定容量，容量Q用放电电流与放电时间的乘积来表示，表示式如下：-Q=I,t（Ah）银镉蓄电池容量与下列因素有关：活性物质的数量；放电率；电解液。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，蓄电 池的容量越小。使用不同成分的电解液，对蓄电池的容量和寿命有一定的影响。通常，在高温环境 下，为了提高电池容量，常在电解液中添加少量氢氧化锂，组成混合溶液。实验证明：每 升电解液中加入1520g含水氢氧化锂，在常温下，容量可提高4%5%,在401时,容量可提高20%。然而，电解液中锂离子的含量过多，不仅使电解液的电阻增大，还会 使残留在正极板上的锂离子（Li+）慢慢渗入晶格内部，对正极的化学变化产生有害影响。电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。这是因为随着电解液温度升高，极板活性 物质的化学反应也逐步改善。电解液中的有害杂质越多，蓄电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐。它们能使电解液的电阻增大，并且低温时容易结晶，堵塞极板微孔，使蓄电池容量显著 下降。此外，碳酸根离子还能与负极板作用，生成碳酸镉附着在负极板表面上，从而引 4 起导电不良，使蓄电池内阻增大，容量下降。5.内阻镇镉蓄电池的内阻与电解液的导电率、极板结构及其面积有关，而电解液的导电率 又与密度和温度有关。电池的内阻主要由电解液的电阻决定。氢氧化钾和氢氧化钠溶液 的电阻系数随密度而变。18P时氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的电阻系数最小。通常银 镉蓄电池的内阻可用下式计算：R内=E；17*（。）6.效率与寿命在正常使用的条件下，镇镉电池的容量效率以卜为67%75%,电能效率加卜为55%65%,循环寿命约为2000次。容量效率为h和电能效率加h计算公式如下：%h=AX100%/充，充“”00%u充.I充 充（U充和u放应取平均电压）7.记忆效应银镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能 放出全部电量。比如，银镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也 只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。电池全部放完电后，极板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚银没有完全 变为氢氧化银，剩余的氢氧化亚银将结合在一起，形成较大的结晶体。结晶体变大是银 镉电池产生记忆效应的主要原因。114镇氢电池的工作原理银氢电池和同体积的银镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且 无记忆效应。银氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni（OH）z（充电时），负极 板的活性物质为Hz（放电时）和HzO（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液，充 放电时的电化学反应如下：正极 Ni（OH）2+OH-e NiOOH+H2O负极 HzO+e 叠 l/2Hz+OH-总反应 Ni（OH）z 暴NiOOH+1/2H2从方程式看出：充电时，负极析出氢气，贮存在容器中，正极由氢氧化亚银变成氢 氧化镇（NiOOH）和H2O；放电时氢气在负极上被消耗掉，正极由氢氧化镇变成氢氧化 亚银。过量充电时的电化学反应：5 正极 2OH-2ef 卞 O2+H2O负极 2H2O+2e-*H2+2OH-总反应 Hz。一国+4。2再化合凡+.,。2-1HzO从方程式看出，蓄电池过量充电时，正极板析出氧气，负极板析出氢气。由于有催 化剂的氢电极面积大，而且氧气能够随时扩散到氢电极表面，因此，氢气和氧气能够很 容易在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力保持不变，这种再化合的速率很 快，可以使蓄电池内部氧气的浓度，不超过千分之几。从以上各反应式可以看出，镇氢电池的反应与锦镉电池相似，只是负极充放电过程 中生成物不同，从后两个反应式可以看出，镇氢电池也可以做成密封型结构。银氢电池 的电解液多采用KOH水溶液，并加入少量的LiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙 无纺布等。为了防止充电过程后期电池内压过高，电池中装有防爆装置。1.15电池充电特性银镉电池充电特性曲线如图1-1所示。当恒定电流刚充入放完电的电池时，由于电池 内阻产生压降，所以电池电压很快上升（A点）。此后，电池开始接受电荷，电池电压以 较低的速率持续上升。在这个范围内（AB之间），电化学反应以一定的速率产生氧气，同 时氧气也以同样的速率与氢气化合，因此，电池内部的温度和气体压力都很低。温度终止-2.0-终止-r50 11601.4拐点终止-1 I度 温G.E、q_)S200 O II18d-2露 一 5 O 5 O 4 4 3 3电A力 压12L_(i_1_i_i_i_(_i J20 JO1000 2000 3000 4000 5000 5000时间(s)图1-1银镉电池充电特性曲线电池充电过程中，产生的氧气高于复合的氧气时，电池内压力升高。电池内的正常 压力*大约为1磅力/英寸2。过充电时，根据充电速率，电池内部压力将很快上升到100此处所用的压力单位磅力每平方英寸（lbf/in2）为非许用单位，lbf/2=47.8803Pa,lft=12in.6 磅力/英寸2或者更高。研究蓄电池的各种充电方法时，银镉电池内产生的气体是一个重要问题。气泡聚集 在极板表面，将减小极板表面参与化学反应的面积并且增加电池的内阻。过充电时，电 池内产生的大量气体，如果不能很快复合，电池内部的压力就会显著增加，这样将损伤 电池。此外，压力过大时，密封电池将打开放气孔，从而使电解液逸散。若电解液反复 通过放气孔逸散，电解液的粘稠性增大，极板间离子的传输变得困难，因此电池的内阻 增加，容量下降。经过一定时间后（C点），电解液中开始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，使极 板的有效面积减小，所以电池的内阻抗增加，电池电压开始较快上升。这是接近充足电 的信号。充足电后，充入电池的电流不是转换为电池的贮能，而是在正极板上产生氧气超电 位。氧气是由于电解液电解而产生的，不是由于氢氧化镉还原为镉而产生的。在氢氧化 钾和水组成的电解液中，氢氧离子变成氧、水和自由电子，反应式为4OHf O2 t+2H2O+4e-虽然电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液中复合，但是电池的温度仍显 著升高。此外由于充电电流用来产生氧气，所以电池内的压力也升高。由于从大量的氢氧离子中比从很少的氢氧化镉中更容易分解出氧气，所以电池内的 温度急剧上升，这样就使电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值（D点）。电解液中，氧气的产生和复合是放热反应。电池过充电时（E点），不停地产生氧气,从而使电池内的温度和压力升高。如果强制排出气体，将引起电解液减少、电池容量下 降并损伤电池。若气体不能很快排出，电池将会爆炸。采用低速率恒流涓流充电时，电池内将产生枝晶。这些枝晶能够通过隔板在极板之 间扩散。在扩散较严重的情况下，这些枝晶会造成电池部分或全部短路。银氢电池的充电特性与银镉电池类似，充电过程中二者的电压、温度曲线如图1-2和 图1-3所示。可以看出，充电终止时，银镉电池电压下降比银氢电池要大得多。当电池容 O 8 6 4 2 O 2.1111 1)出锣0 20 40 600.880 100 120555O454O353C 20 40 60 80 100 120容量（%）图1-2镖镉/锦氢电池充电电压曲线图1-3银镉/银氢电池充电温度佃”量达到额定容量的80%以前，银镉电池的温度缓慢上升，当电池容量达到90%以后，镇 镉电池的温度才很快上升。当电池基本充足电时,锲镉/银氢电池的温度上升率基本相同。11.6充电过程与充电方法电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此,这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。快速充电就是用大电流充电，迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C以上，快 速充电时间由电池容量和充电速率决定。为了避免过充电，一些充电器采用小电流充电。银镉电池正常充电时，可以接受C/10 或更低的充电速率，这样充电时间要10h以上。采用小电流充电，电池内不会产生过多 的气体，电池温度也不会过高。只要电池接到充电器上，低速率恒流充电器就能对电池 提供很小的涓流充电电流。电池采用小电流充电时，电池内产生的热量可以自然散去。涓流充电器的主要问题是充电速度太慢，例如，容量为lAh的电池，采用C/10充电 速率时，充电时间要10h以上。此外，电池采用低充电速率反复充电时，还会产生枝晶。大部分涓流充电器中，都没有任何电压或温度反馈控制，因而不能保证电池充足电后，立 即关断充电器。快速充电分恒流充电和脉冲充电两种，恒流充电就是以恒定电流对电池充电，脉冲 充电则是首先用脉冲电流对电池充电。然后让电池放电，如此循环。放电脉冲的幅值很 大、宽度很窄。通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。虽然放电脉冲的幅值与电 池容量有关，但是，与充电电流幅值的比值保持不变，脉冲充电时，充电电流波形如图 1-4所示e-10ms-2,5X充电脉冲T，5 ms 十*图卜4脉冲充电电流波形充电过程中，银镉电池中的氢氧化银还原为氢氧化亚镁，氢氧化镉还原为镉。在这 个过程中产生的气泡，聚集在极板两边，这样就会减小极板的有效面积,使极板的内阻 增大。由于极板的有效面积变小，充入全部电量所需的时间增加。加入放电脉冲后，气泡离开极板并与负极板上的氧复合。这个去极化过程减小了电 池的内部压力、温度和内阻。同时，充入电池的大部分电荷都转换为化学能，而不会转 变为气体和热量。充放电脉冲宽度的选择应能保证极板恢复原来的晶体结构，从而消除记忆效应。采 8 用放电去极化措施后，可以提高充电效率并且允许大电流快速充电。采用某些快速充电终止法时，快速充电终止后，电池并未充足电。为了保证电池充 入100%的电量，还应加入补足充电过程。补足充电速率一般不超过0.3C。在补足充电 过程中，温度会继续上升，当温度超过规定的极限值时，充电器转入涓流充电状态。存放时,镣镉电池的电量将按C/30到C/50的放电速率减小，为了补偿电池因自放 电而损失的电量，补足充电结束后，充电器应自动转入涓流充电过程。涓流充电也称为 维护充电。根据电池的自放电特性，涓流充电速率一般都很低。只要电池接在充电器上 并且充电器接通电源，在维护充电状态下，充电器将以某一充电速率给电池补充电荷，这 样可使电池总处于充足电状态。1.17快速充电终止控制方法采用快速充电法时，充电电流为常规充电电流的几十倍。充足电后，如果不及时停 止快速充电，电池的温度和内部压力将迅速上升。内部压力过大时，密封电池将打开放 气孔，从而使电解液逸散，造成电解液的粘稠性增大,电池的内阻增大，容量下降。从镇镉电池快速充电特性可以看出，充足电后，电池电压开始下降，电池的温度和 内部压力迅速上升，为了保证电池充足电又不过充电，可以采用定时控制、电压控制和 温度控制等多种方法。（1）定时控制采用1.25C充电速率时，电池lh可充足；采用2.5C充电速率时，30min可充足。因 此，根据电池的容量和充电电流，很容易确定所需的充电时间。这种控制方法最简单，但 是由于电池的起始充电状态不完全相同，有的电池充不足，有的电池过充电，因此，只 有充电速率小于0.3C时，才允许采用这种方法。（2）电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：最高电压（匕皿）从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充 足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的 缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池 的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已充足电。电压负增量（-由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不 受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池已充其电。这种控制 方法的缺点是：电池电压出现负增量后，电池已经过充电，因此电池的斓度较高。此外 银氢电池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，过充电较严重。因此，这 种控制方法主要适用于银镉电池。电压零增量（0AV）银氢电池充电器中，为了避免等待出现电压负增量的时间过 久而损坏电池,通常采用0AV控制法。这种方法的缺点是：充足电以前，电池电压在某 一段时间内可能变化很小，从而造成过早地停止快速充电。为此，目前大多数银氢电池 快速充电器都采用高灵敏一检测，当电池电压略有降低时，立即停止快速充电。（3）温度控制为了避免损坏电池，电池温度过低时不能开始快速充电，电池温度上升到规定数值 9 后，必须立即停止快速充电。常用的温度控制方法有：最高温度（Tmax）充电过程中，通常当电池温度达到451时，应立即停止快速 充电。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电 阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后，同时，电池的最高工作温度与环境温度有关。当环境温度过低时，充足电后，电池的温度也达不到45（。温升（AT）为了消除环境温度的影响，可采用温升控制法。当电池的温升达到 规定值后，立即停止快速充电。为了实现温升控制，必须用两只热敏电阻，分别检测电 池温度和环境温度。温度变化率 3Z 银氢和银镉电池充足电后，电池温度迅速上升，而且上升 速率A77及基本相同，当电池温度每分钟上升-C时，应当立即终止快速充电，这种充 电控制方法，近年来被普遍采用。应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性 的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。最低温度（Tmin）当电池温度低于10时，采用大电流快速充电，会影响电池 的寿命。在这种情况下，充电器应自动转入涓流充电，待电池的温度上升到10P后，再 转入快速充电。（4）综合控制上述各种控制方法各有优缺点。为了保证在任何情况下，均能准确可靠地控制电池 的充电状态，目前快速充电器中通常采用包括定时控制、电压控制和温度控制的综合控 制法。1.18充电器控制集成电路以前充电器大多用分立元件制作，近年来许多集成电路生产厂家都推出了充电器专 用集成电路，如 MAXIM 公司的 MAX712/713、UNITRODE 公司的 UCC39 05、BENCH-MARQ公司的BQ2002/2003。各国充电器控制集成电路如表1-2所列。应当说明，这些 充电器芯片不一定只用于银镉/镉氢电池，其中一部分用于铅酸和锂离子电池。表1-2世界各国或地区充电器控制集成电路一览表序号型号国家生产厂家序号型号国家生产厂家1LZ110中西安691厂12BCC101日BURR-BROWN2LZ111中西安691厂13BQ2007美BENCHMARQ3MTA112OO中ARIZONA（香港）14BQ2004美BENCHMARQ4BQ2001美BENCHMARQ15BQ2031美BENCHMARQ5BQ2002美BENCHMARQ16BQ2053美BENCHMARQ6BQ2003美BENCHMARQ17BQ2054美BENCHMARQn tBQ2010美BENCHMARQ18BQ209 0美BENCHMARQ8BQ2O11美BENCHMARQ19BQ209 1美BENCHMARQ9BQ 2012美BENCHMARQ20BQ2005美BENCHMARQ10BQ2013美BENCHMARQ21CS2516美CHERRY11BCC100日BURR-BROWN22UT500中CHIPS CARDE（香港）10 续表序号型号国家生产厂家序号型号国家生产厂家23UT550中CHIPS GARDE(香港)49BU2112日ROHM24DS1633美DALLAS50L6310法，意SGS-THOMSON25DS1634美DALLAS51H-IC日SANYO26ZLD-IC3中HUAFEI52SI-101日SANYO27ICS1700美ICS53SM5K50SHARP28ICS1702美ICS54ATC105美Shoreline29ICS172O美ICS55ATC106美Shoreline30LS7314美LSI56TA8521日TOSHIBA31MAX712美MAXIM57TA8523BTOSHIBA32MAX713美MAXIM58TB1004aTOSHIBA33MAX2003美MAXIM59TA8332日TOSHIBA34M579 30BMITSUBISHI60U2400德TEMIC(TFK)3582C752荷PHILIPS61U24O1德TEMIC(TFK)36TEA 1100荷PHILIPS62U2402德TEMIC(TFK)37TEA 1101荷PHILIPS63U2403德TEMIC(TFK)38SAA1500荷PHILIPS64TC675美TELCOM39SAA1501荷PHILIPS65TC676美TELCOM40TEA1400荷PHILIPS66TC677美TELCOM41TEA1401荷PHILIPS67TC678美TELCOM42TEA1088荷PHILIPS68TC680美TELCOM43TEA109 0荷PHILIPS2269UC39 06 1美UNITRODE44PCA1329荷PHILIPS70Z86B07美ZILOG4574LV479 9荷PHILIPS71SL5287中(香港)46AN83600PANASONIC72TM7001中(中国台湾省)47HH836O0PANASONIC73MB88211日48SC 6000英PAG充电器控制集成电路是充电器的核心，它的性能直接影响充电器的性能。一般来讲,充电器控制集成电路要配合适当的外部电路才能组成完整的充电器，外部电路决定最大 充电电流和充电电压等参数，下面介绍几种常用的充电器控制集成电路的工作原理，并 给出一些充电器实用电路。1.2由ICS1700微处理器组成的充电器1.2.1 ICS1700微处理器ICS1700实质上是采用专用精简指令集(RISC)的微处理器。该处理器适于作数值 计算，因为导出充电电压的斜率和决定正确的充电终止点，需要很复杂的数值计算。为了实现银镉电池快速充电，必须控制充电电流，并且监控电池的充电状态。为了 满足这些要求，该控制器采用脉冲电流充电并且用电池电压的导数(d V/d t)来判定电池 的充电状态。采用脉冲充电法时，首先用脉冲电流对电池充电，然后让电池放电。放电脉冲的幅 值很大，宽度很窄，充放电电流波形如图1-4所示。充电脉冲的幅值决定于充电机的最大 电流、电池能接受的充电速率和电池的容量。该处理器能提供的快速充电速率为4c,2C.11 iC和0.5C。采用这些不同的充电速率时，充电时间分别为20min,45min,1.5卜和311。放电脉冲的幅值为充电脉冲的2.5倍，放电脉冲的幅值与电池容量有关，但是，与 充电电流幅值的比值应保持不变。在放电脉冲结束后的10ms内，没有充电电流，电池极板上的活性物质逐渐复原。在 这段时间内，充电控制器可实现无电流电池电压检测，因为没有充电电流，所以电池电 压不受内阻压降和外电路压降的影响，也不受极板表面电荷的影响，因此电池电压能够 更准确地反映电池的真正充电状态。快速充电控制器判定蓄电池已经充足电后，控制器直接转入维护充电状态（涓流充 电状态），充电器将以C/30的充电速率给电池补充电量。采用脉冲充电放电去极化快速充电模式时，在维护充电状态下，充电电流同样包括 充电脉冲和放电脉冲，只是充电脉冲的占空比不同，如图1-5所示。例如，充电速率为2C 时，充放电脉冲周期为1s,在充电速率为C/30的维护充电状态下，充放电脉冲的周期应 为 60s。快速充电状态一充电脉冲一放电脉冲,维护充电状态-充电速率X 30S-m图1-5快速充电和维护充电状态卜.充放电电流波形在维护充电状态下，加入放电脉冲能够避免极板上形成枝晶，使极板上的活性物质 保持一定的晶体结构。电池充足电的最明显标志是电池电压曲线的峰点。在峰点以前，电压曲线的斜率为 正值.曲线顶部较平坦，然后电压曲线的斜率变为负值。取电池电压对时间的导数dV/d,可以作出充电电压的斜率曲线。电池电压曲线很小的变化将引起斜率曲线很陡地变化，如图1-6所示。斜率曲线的峰 值出现在电池电压峰值以前。该快速充电控制器利用电压斜率检测，可以使电池在过充 电前终止充电。控制器采用10位逐次逼近模数变换器（ADC）,将取样的模拟电压信号变换成数字 电压信号。对连续若干个电压取样信号平均，可得到平均电压值，这样可以消除电池和 模数变换器因受干扰而产生的电压突变对取样值的影响。求取平均值所需的连续取样电 压的数目，决定于充电速率。平均电压值经过滤波器，可消除电池电压曲线上较大的偏 差值。经滤波后的平均值存入能保存12个取样信号的先进先出的堆栈中。这12个平均 电压值用于计算电压曲线的斜率。1.管脚功能ICS1700的管脚排列如图1-7所示，各管脚的符号和功能如表1-3所列。12 图卜6电池充电电压的斜率曲线CHARGE 116-VDDDISCHARGE 215-TESTBF 314 一 VJNcm 4ICS170013-VREFOT-12-TS11-RCLVSS-710 RESETVSS-89-S1图1-7 ICS1700的管脚排列表1-3 ICS1700管脚的符号和功能管脚号符 号功 能1CHARGE该脚为高电平时，接通外部恒流源，对电池充电。2DISCHARGE该脚为高电平时，接通外部放电电路.3BF该脚为低电平时，接通外接电池故障指示灯，指示待充电池存在故障。4CM该脚为低电平时，接通外接的充电状态指示灯，连续发光时，电池处于快速充 电状态.指示灯闪烁时，电池处于维护充电状态.5OT当超温开关断开时，该脚为低电平.接通外接的电池温度过高指示灯。充电器 没有接入电池时，接在该脚的指示灯也发光。6SO与S1共同确定所需的充电速率。7LV55指示灯的接地端。8Vss逻辑接地端。13 续表管脚号符 号功 能9S1与so共同确定所需的充电速率。10RESET主控制器复位端，控制充电过程开始。11RC外接电阻和电容端，用于确定内部时钟的频率。12TS温度开关。电池组内的常闭温度开关。13NC空脚.14Vin经分压后的单体电池电压输入。15TEST该脚接高电平时，充电器处于测试状态。正常充电时，该脚接外S。16Vdd5V电源。2.内部框图ICS1700内部由以下几部分组成；基准电源、电池阻抗和电池开路检测电路、电池短 路检测电路、电池超温检测电路、A/D变换器、RC振荡器、DSP控制器、多路调制器、运算器、累加器、数据ROM、指令ROM、RAM、输出控制器等部分，如图1-8所示。LED输出充电控制放电控制图1-8 ICS17OO内部框图3.电气参数ICS17OO的电气参数如表1-4所列。表1-4 ICS1700的电气参数参 数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源电压Vdd4.55.05.5V电源电流（静态）Idds2.93.94.2mA电源电流（动态）Iddj15.416-417.4mA 14续表参 数符号测试条件最小值典型值最大值单位内部基准电压Vrg1.19 21.2461.280V高阻抗/开路检测2.0102.0672.130V短路检测Vlo0.1220.1310.138VV】N脚输入阻抗1.0MQ充电脉冲宽度t cPWf cLK=1MHz9 9 0ms时钟频率f cLKR=16kf)j C=100p F1.0MHz输入高电平vt H3.5V输入低电平V/z,0.800.840.89V输出高电平VoHIdh=2uiAVqd最小2.4V输出低电平Vol7oz=2mA y皿最小0.4V低电平输入电流（LED输出）JSL130.0138.5146.0mA低电平输出电压（LED输出）VDL7dl=10mA0.1020.1090.115V4.控制快速充电终止的方法ICS1700通过电池电压监控、电池温度取样和定时关机等措施终止快速充电过程。（1）电池电压监控充电开始后，控制器连续计算电池电压的斜率，当电池电压曲线的斜率达到图1-6中 所示的终止点时，快速充电终止并且立即转入涓流充电状态（维护充电状态）。由于电池电压很小的变化就会使电压曲线斜率发生很大变化。这样，电池充电过程 中发生的电压异常现象可能使快速充电过早地终止，因此ICS170。在软件上采取了一些 措施，在各种异常情况下均保证电池充足电。电池组不匹配会使电池组充电曲线不能达到电池组的峰值电压，针对这种情况,ICS1700还采取了另外一个终止快速充电的方法，即连续计算电池电压曲线的斜率。当电 压曲线出现负斜率后，停止快速充电并转入维护充电状态。充足电的电池继续快速充电时，电池电压就会很快上升。这时，充入电池的电量都 变成了极板表面的电荷，没有任何能量储存到电池中。为了避免过充电，ICS1700能够检 测出电压的迅速上升，并且立即停止快速充电，并转入维护充电状态。存放时间长的锦镉电池具有很大的阻抗。这种电池在充足电以前，高阻抗状态没有 明显的影响。但是继续充电时，这种电池的温度将升高，内部压力将增大。ICS1700能够 检测出这些高阻抗电池，如果电池的空载电压过高，充电器将停止充电。电池组中含有因枝晶生长或隔板损坏而短路的单体电池时，在大电流充电以前,ICS1700能够检测出这些电池。加入充电电流后，正常单体电池的电压将很快上升到 1.3V0若内部有短路单体电池时，电池组的电压将低于规定的数值。这些短路的电池应 当及时更换。15(2)定时关机采用自动充电定时器终止电池充电时，到了预定的充电时间后，不管电池电压曲线 是否达到峰值，也不管电压曲线斜率是否下降，充电器均将终止充电。定时器的充电时 间应根据充电速率决定。终止充电后，若要继续充电，充电器必须复位。(3)电池温度控制充电时，银镉电池的最高温度大约为4550(。当电池温度达到这个数值时，温度 取样信号切断充电电路。当银镉电池快速充电时，应当采用这种温度控制法。为了避免损坏充电器，充电前，应当检测充电器输出接头有无开路或短路。将大电 流脉冲加到接有一定电压的充电器输出接头上，如果电压不上升或者上升过高，就表明 充电器接头有故障。当电池极性接错时，充电器不能开始充电。5.外部电路ICS17OO需要外接一些元件，以便控制时钟频率和显示充电状态。芯片还必须外接电 源。对于选定的充电速率来说，所需的恒定充电电流必须由外接电源提供。例如，以2c 速率对1.2Ah电池充电时，外电源必须提供2.4A恒定电流。充电信号为高电平时，恒 流源工作，蓄电池充电。外接电源还要为放电电路供电，放电信号为高电平时，放电电 路工作，蓄电池放电。发光管LED用来显示充电状态和故障状态。ICS17OO有三个外接LED指示灯的输 出端，每个输出端的电流为20mA,因此接入LED时，应串入限流电阻。三个指示灯分 别显示电池故障、充电状态和电池温度过高。当电池电压曲线的斜率很低或者电池阻抗较高时，电池故障指示灯LED发光。充电 电压曲线斜率很低表明电池不能接受正常充电。在电池开始充电后的20秒内，如果电池 电压上升很小，即表示电池充电电压斜率很低；如果电池电压升得非常快，即表示电池 阻抗过大。电池电压斜率太低或电池阻抗太大表明充电器与电池接触不良、充电器输出 端短路或者电池组内有短路的单体电池，此时电池故障指示灯LED发光报警。当检测到 上述故障时，控制器将重新检测，每秒钟检测两次，共检测10s。如果10s内这些故障没 有消除，控制器将停止工作。在这种情况下，控制器要想重新工作只有将ICS1700复位。充电过程中，充电状态指示灯(LED)始终发光。当控制器进入维护充电状态时，该 指示灯每半秒钟闪光一次。只要超温开关一断开，超温指示灯就发光，该信号表明电池组的温度过高。超温信 号也对微处理器发出复位指令。如电池处于故障状态，切断接到电池组内温度开关上的 连线，故障状态就能够消除。TS输入端接温度传感器开关的一端，传感器开关的另一端接地。当电池温度达到 45P时，温度开关应当断开。此时，TS输入端内部的正偏置电阻使该端处于高电平。只 有该端处于低电平时，充电器才能正常充电。S0和S1信号由用户根据所需的充电速率来设置。不同充电速率时，SO和S1的电平 如表1-5所示。需要低电平时，S1和S0应接地；需要高电平时，只需将相应的开关打开,不需要将S1和S0接到乙 16 表1-5不同充电速率时，SO和S1的电平soS1充电速率充电时间（min）主脉冲周期（s）LL4C30120LH2c6060HL1C9030HH0.5C21015电池组电压经过分压后接到匕N脚，该电压必须为单体电池的电压。例如，若电池组 由六只单体电池组成，匕N脚的电压必须等于电池组电压除以六，这可以通过两只外接分 压电阻来完成。N脚输入阻抗很高，大约为1MQ。RC脚用来确定内部时钟的频率。在RC脚与吃）。脚之间接16kQ电阻，在RC脚与地 之间接100p F电容时，内部时钟的频率为1MHz。复位脚能够中断正在进行的充电过程，重新开始充电程序。应在该脚和地之间接3F 电容以便产生主控制器通电复位信号。另外复位脚与+5V电源之间应接入一只二极管。这样，电源瞬时中断时，电容器可通过二极管放电。ICS1700不需要外部基准电压。内部基准电压（通常为1.25V）是供检测电池故障用 的。如果需要更精确的基准电压，可以在13脚接入外部基准电压。这样，外部基准电压 将取代内部基准电压。IC