锂电池镍镉电池充电器：一机两用，依据不同机理设计

锂电池镍镉电池充电器：一机两用，依据不同机理设计

关键词：锂电池；镍镉电池；充电器 镍镉电池充电器 关键词：锂电池；镍镉电池；充电器 引言 针对市场上镍镉电池和锂电池共存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式，根据电池的不同机理进行设计，真正做到一机两用，这是该充电器的创新点，也是设计的难点。 引言 针对市场上镍镉电池和锂电池共存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式，根据电池的不同机理进行设计，真正做到一机两用，这是该充电器的创新点，也是设计的难点。 该充电器的宽屏LCD可以同时显示四组充电器的充电状态，也可以单独显示一组充电器上电池的各项参数，从而实现对电池充电过程的实时监控。 镍镉电池充电器 关键词：锂电池;镍镉电池;充电器 引言 针对市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电。镍镉电池组采用脉冲充电方式，锂电池组采用恒流充电方式，这是根据电池的不同机理而设计的，真正达到一举两得的目的。 这是系统的总体设计，系统设计目标是： 1、可以同时对四组8.4V锂离子电池或9.2V镍镉电池进行充放电。

2、能与电池组中的芯片进行通信，从而确定电池的化学性质。 3、针对不同化学性质的电池，会采用相应的充电方式。 4、能与电池组中的芯片进行通信，从而获取电池组的电压、充电电流、容量等参数。 5、充电器带有LCD，可以显示电池的各项数据。充电器的功能框图如图1所示。 镍镉电池充电器 关键词：锂电池;镍镉电池;充电器 引言 鉴于市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电。镍镉电池组采用脉冲充电方式，锂电池组采用恒流充电方式，这是根据电池的不同机理而设计的，真正达到了一举两得的效果。这是系统的整体设计结构图。 镍镉电池充电器 关键词：锂电池;镍镉电池; 充电器介绍针对目前市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式。这是根据电池的不同机理而设计的，真正达到一机两用，这是充电器的主要功能。系统硬件设计主控单元的设计与实现主控单元由单片机和键盘控制芯片组成。

主要任务是和各个充电单元进行通信，处理用户输入和LCD显示信息。键盘控制芯片在这里负责6个按键和12个LED的控制。通过SPI总线和微控制器进行双向通信。主控单元每秒查询一次各个充电单元，获取当前充电单元信息，比如是否有电池，电池属性，电池电压等。然后LCD模块显示给用户。充电单元设计与实现锂离子电池充电控制芯片是一种高效的独立开关模式锂离子电池充电控制器。该控制器有4.2V和8.4V两个版本。-8.4具有开关频率，是一种高效的电流模式PWM控制器。通过驱动外部通道，可以提供4A的充电电流，效率可高达90%。输出电压设置为8.4V，最终浮充电压的精度为1%，而充电精度为5%。 此外，该器件可在9V~22V范围内工作在多种墙上适配器上。与滞后拓扑充电器相比，快速的工作频率和-8.4的电流模式架构可以使用较小的电感和电容。锂离子/镍镉电池两用充电单元总体设计从前面的分析中我们可以看出，这颗芯片是一个锂离子电池的充电控制器。要实现镍镉电池的充电，需要解决以下问题：首先，监测电池电压，确保电池电压不超过8.4V。

但对于镍镉电池组来说，充电截止电压可达9.2V。其次，当镍镉电池即将充电完毕时，需要以正常电流的30%和10%对电池进行涓流充电。因此，第二个需要解决的问题就是如何控制恒流充电的电流大小。另外，对镍镉电池充电应采用脉冲充电，即以1s为一个周期，95%的时间用于充电，1%的时间用于放电，其余时间既不充电也不放电。最后，如何判断电池是锂离子电池还是镍镉电池，因为如果将锂离子电池误判为镍镉电池，充电电压会高于8.4V，这对于锂离子电池来说是非常危险的，而误判为镍镉电池，则可能造成电池充电不足。 因此必须保证极低的误判率。本节根据工作原理，设计一种可以对锂离子电池进行恒流-恒压充电，对镍镉电池进行脉冲充电的电路，充电单元总体功能框图如图2所示。其中，信号调理电路使该充电器既可以对8.4V锂电池充电，也可以对9.2V镍镉电池充电，同时也起到控制充电电流大小的作用。镍镉电池充电器关键词：锂电池;镍镉电池;充电器引言鉴于市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电。镍镉电池组采用脉冲充电方式，锂电池组采用恒流充电方式，这是根据电池的不同机制而设计的，真正达到一举两得的效果。这是充电器充电单元总体功能框图。 采用单片机控制工作状态，配合放电电路，使充电器以脉冲方式对镍镉电池进行充电。

单片机通过一定的通信协议(HDQ16)与智能电池进行通信，确定其容量、化学性质等关键参数。为了能够对8.4V以上的电池进行恒流充电，并调整充电电流，在BAT和SENSE端与取样电阻之间增加了一级信号调理电路，此电路的主要作用是对取样电阻两端的信号进行运算，对不同化学性质的电池发出相应的信号。信号调理电路如图3所示。 镍镉电池充电器 关键词：锂电池；镍镉电池；充电器 引言 鉴于市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电。镍镉电池组采用脉冲充电方式，锂电池组采用恒流充电方式，这是根据电池的不同机制而设计的，真正达到了一举两得的效果。这是充电器信号调理电路功能图。 这里，取样电阻两端的电压值定义为VBAT，则充电电流在取样电阻上的压降VRS为：VRS=-VBAT，此信号为减法器的输出。设乘法器的乘法系数为K，则乘法器的输出为KVRS。对于锂电池，双选开关选择电池电压VBAT；对于镍镉电池，双选开关选择7V恒压。

这里设二选模拟开关的输出为V1，则加法器的输出Vs应为：Vs=KVRS+V1，这样送到BAT和SENSE的电压差应为KVRS。只要正确控制K值，就可以使充电电流为正常充电电流的1/K。因此，可以通过二选开关控制电流为恒流充电的10%或30%。对于BAT输入值，当开关选择锂离子电池时，BAT的输入就是电池电压，此时整个锂离子充电过程都可以控制，不需要外界干预。当开关选择7V恒压时，BAT端的输入恒定在7V，此时无法得知电池的真实电压，只认为电池电压为7V。因此，即使电池电压高于8.4V，电池仍然会以恒流充电。 此时就需要单片机的介入，否则会导致电池过充。由于单片机内部带有ADC，可以监测电池电压的变化，当电池电压达到规定值时，减小充电电流，直至电池充满。这样就可以对9.2V的镍镉电池进行充电。脉冲充放电电路的设计是恒流充电控制芯片，所以必须用单片机来控制其充电使能引脚COMP。当需要输出充电脉冲时，控制COMP引脚的端口变为高阻态，当COMP引脚上升到360mV以上时，就会有充电电流输出。

放电时必须将COMP脚拉低，关断充电电流，此后再导通放电电路。选用的单片机是基于Flash的8位单片机，内部有定时器、看门狗电路、10位ADC等模块。 镍镉电池充电器 关键词：锂电池；镍镉电池；充电器 引言 鉴于市场上镍镉电池和锂电池并存的现状，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电。镍镉电池组采用脉冲充电方式，锂电池组采用恒流充电方式，这是根据电池的不同机制而设计的，真正达到了一举两得的效果。 这是单片机充电单元主程序流程图，单片机对镍镉电池进行脉冲充电和放电，周期为1s。 系统软件设计 系统软件总体设计 充电单元中的单片机主要负责控制充电过程以及与主控板的通讯。 程序流程如图4所示，充电单元首先判断是否有电池，若插入电池则判断充放电状态，默认为充电状态，可由主控单元更改。若充电单元处于充电状态，则继续判断电池的化学性质，针对不同的电池采用不同的充电方式。若处于放电状态，则对电池组进行放电，直至电池电压低于阈值电压后切换至充电状态。

除主程序外，主控单元与充电单元的通信是在中断服务程序中实现的。当充电单元接收到主控单元的指令时，进入中断，若指令为数据查询指令，则向主控单元发送所需数据，若为充电状态设置指令，则根据指令设置充电单元的充电状态。通信协议是通过与电池组中的电能计量芯片通信来确定电池的属性来实现的。本系统可以与遵循HDQ16接口协议的智能电池组进行通信，除了电池组的化学属性外，还可以读取电池组的容量、电压、充电电流、序列号等数据供充电器显示。充电单元可以通过HDQ总线读取智能电池的数据，HDQ16接口协议是一种基于指令的协议，处理器向智能电池发送8位指令代码。 这个 8 位指令代码由两部分组成，一个 7 位 HDQ16 指令代码（位 0 至 6）和一个 1 位读/写指令。读/写指令指示智能电池将接下来的 16 位数据存储到指定的寄存器中，或者从指定的寄存器输出 16 位数据。在 HDQ16 中，首先传输数据字节（命令）或字（数据）的最低有效位。块传输由三个不同的部分组成。第一部分从主机或智能电池将 HDQ16 引脚置于逻辑低状态并持续 tSTRH:B 时间开始。下一部分是实际的数据传输。数据位在 tDSU:B 时间间隔内有效，负边界用于启动通信。

数据位保持 tDH:DV 间隔，以允许主机或智能电池采样数据位。负边界启动通信后，最后一部分通过将逻辑高状态返回到 HDQ16 引脚至少 tSSU:B 间隔来停止传输。最后一个逻辑高状态必须保持 tCYCH:B 间隔，以留出时间让块传输完全停止。如果发生通信错误（例如，tCYCB＞250ms），主机会向智能电池发送 BREAK 信号，以允许其控制串行接口。当 HDQ16 引脚处于逻辑低状态一段时间或更长时间时，智能电池