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鎳氫電池充電特性

單體鎳氫電池的標(biāo)稱電壓為1.2v，充電終止電壓為1.5v;放電終止電壓一般為1.1v。鎳氫電池的充電特性受充電電流、溫度和充電時(shí)間的影響“電池端電壓隨充電電流的升高而增加，且越接近于最大值，電池的溫度上升越快，電池越容易受損害。當(dāng)充電電流大于“0.5C（C表示電池充電速率），電池的端電壓較快達(dá)到最高限電壓，充放電容量將變小，導(dǎo)致電池使用效能下降。

　　24V/10Ah鎳氫電池在不同充電率下的充電特性如圖1所示。

鎳氫電池充電器制作方法一

性能簡(jiǎn)介：

1．該充電器具有脈動(dòng)限流充電、涓流充電、充電自停等多種功能。從而實(shí)現(xiàn)了充電的智能化，無(wú)需人看管。

2．該充電器依靠電池余電觸發(fā)，不接電池時(shí)基本無(wú)電壓輸出；只有正確接上電池，才有充電電流輸出。具有短路保護(hù)或反接保護(hù)功能。

3．該電路適用性強(qiáng)，表現(xiàn)在：⑴輸入電壓范圍寬；⑵只要調(diào)整電位器就可以適合其它種類的充電電池的充電，⑶在電路輸出端并借一個(gè)濾波電容，該電路就能變成一個(gè)PWM方式的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。

電路原理圖：

電路原理：

該電路針對(duì)于單節(jié)鎳氫電池而設(shè)計(jì)的。如圖：市電通過(guò)變壓器變壓、由全橋整流，電容C1濾波變?yōu)橹绷麟?。LED1是電源指示燈，LED2是充電指示燈，T1為充電控制三極管，工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；T2、T3和電容C2構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器。R6、RP構(gòu)成限壓取樣電路，R7是限流取樣電阻。

待機(jī)狀態(tài)：

接通電源，若不接電池，三極管T2因無(wú)基極電壓而截止，三極管T1也截止，無(wú)電壓輸出。此時(shí)只有電源指示燈LED1發(fā)光。

充電過(guò)程：

當(dāng)正確接上充電電池后，三極管T2因電池的余電而輕微導(dǎo)通，其集電極電位下降，T1迅速導(dǎo)通，輸出電壓升高；由于C2是正反饋?zhàn)饔?，電路狀態(tài)迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，T1T2導(dǎo)通、T3截止，給電池充電，充電指示燈LED2發(fā)光。

限流充電：

如果充電電流大于限定值，電流取樣電阻R7兩端電壓升高，三極管T3的BE極間電壓高于死區(qū)電壓，單穩(wěn)觸發(fā)器狀態(tài)被觸發(fā)。T3導(dǎo)通，T1T2截止，充電停止；而后單穩(wěn)觸發(fā)器自動(dòng)復(fù)位，又進(jìn)入充電狀態(tài)，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行脈動(dòng)充電。充電指示燈LED2閃爍。充電自停：隨著充電的進(jìn)行，電池兩端電壓緩慢上升，脈寬變窄，充電電流變小，充電指示燈LED2閃爍逐漸變快變暗。待電池接近充滿時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，T3也導(dǎo)通，T1T2截止，關(guān)斷了充電通電路，結(jié)束充電。在實(shí)際充電過(guò)程中，由于電池充電靜置一會(huì)兒后，電池電壓又有稍許降低，因而可出現(xiàn)間歇充電現(xiàn)象，但看不到LED2閃爍。這種絹流充電方式有利于延長(zhǎng)電池壽命。

安裝與調(diào)試：

安裝無(wú)誤后，按以下步驟調(diào)試：把電容C2C3斷開(kāi)，在輸出端并接一個(gè)220uF左右的電解電容，此時(shí)該電路就相當(dāng)于一個(gè)可調(diào)穩(wěn)壓電源。先不接電池，接通電源，LED1發(fā)光，將T3的、b、e極短接，充電指示燈LED2應(yīng)亮，用萬(wàn)用表測(cè)輸出端電壓，調(diào)節(jié)電位器RP，直到輸出電壓等于充電電池終了電壓，再接回電容C2C3便可。（電池充電終了電壓可從資料上查閱、也可實(shí)測(cè)；如：?jiǎn)蝹€(gè)鎳氫電池充電終了電壓約為1.4V，單格蓄電池約為2.45V。）。

鎳氫電池充電器制作方法二

該設(shè)計(jì)電路如下圖所示：它采用串聯(lián)充電的原理，可以對(duì)1~4節(jié)鎳氫電池進(jìn)行充電。它的優(yōu)點(diǎn)是可以制作不同的連接線，將充電器輸出端與用電器的充電插座直接相連進(jìn)行充電，而不必把電池拆卸出來(lái)再裝到充電器的電池夾中充電，在使用上格外方便。

充電過(guò)程原理

它的充電曲線如圖1中右側(cè)波形圖所示：開(kāi)始充電時(shí)，它以0.3C的恒定電流對(duì)電池充電4.4小時(shí)（C為電池容量除以1小時(shí)的電流值），然后自動(dòng)轉(zhuǎn)為0.O96C的較小電流繼續(xù)對(duì)電池充電2.2小時(shí)，再轉(zhuǎn)為lOrnA的連續(xù)涓流充電。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是避免了電池在接近充飽時(shí)產(chǎn)生高熱量，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。在充電的第一階段，有1/10的時(shí)間停止充電，并在此期間插入一個(gè)約5ms的大電流放電脈沖，見(jiàn)圖的右下波形圖。這個(gè)放電脈沖的往復(fù)插入可以去除大電流充電容易引起的極化作用，使充電效率更高。實(shí)踐證明，此法能夠提高電池的潔性，增加電池的總體充放次數(shù)，對(duì)一些老舊電池還有一定的恢復(fù)容量作用，相比穩(wěn)定的恒流充電效果更好。

電路原理

該設(shè)計(jì)的原理見(jiàn)圖1電路，220V/AC電源經(jīng)過(guò)變壓器TR降壓后成為13V/0.8Ax2的交流電，經(jīng)過(guò)整流橋DO的整流，電容CO、RO、C1O的濾波后成為+15V/1A和-13V/0.1A兩組電壓。集成塊IC2和功率MOS管T5構(gòu)成了典型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓源，可在C14、C15上得到1.2~7.6V/1A的穩(wěn)定電源。

該電路的取樣設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，它沒(méi)有直接取樣輸出電壓，而是通過(guò)T4、R9、D2來(lái)測(cè)量充電控制晶體管TO~T3的e、c結(jié)上降落的電壓大小，然后通過(guò)R8和光耦合器OPO來(lái)控制IC2的取樣端，使晶體管結(jié)電壓恒定在1.2V上。即該電路的輸出電壓是變化的，它能夠自動(dòng)跟蹤充電輸出端電壓的大小，并保證控制晶體管的工作電壓恒定不變。加入開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)目的在于提高充電器的功率效率，使充1節(jié)電池和充4節(jié)電池的實(shí)際效率變化不大，也避免了器件產(chǎn)生高熱量。

三端穩(wěn)壓電源ICO給數(shù)字控制等電路提供+12V/0.1A的工作電源。負(fù)三端穩(wěn)壓電源IC1是專為恒流派電路而設(shè)計(jì)的，它輸出-5V/0.1A的輔助電源（對(duì)開(kāi)關(guān)電源輸出端）。充電的開(kāi)關(guān)與恒流控制由4只三極管TO~T3來(lái)?yè)?dān)任，每支三極管在一個(gè)時(shí)刻僅僅負(fù)責(zé)輸出一定的電流，這樣就避免了使用單只控制管時(shí)由于器件的線性不良導(dǎo)致的恒流精度下降。

SW1~8是1&TImes;8D1P開(kāi)關(guān)，它兩兩組成4級(jí)二進(jìn)制電流值控制，分別是480-240-120-60mA和154-77-38.4，-19.2mA。第一組開(kāi)關(guān)控制第一階段充電電流，第二組開(kāi)關(guān)控制第二階段充電電流。T7、T8和OP1~OP3構(gòu)成開(kāi)關(guān)接口電路，它們分別控制電路的開(kāi)閉和不同階段充電的轉(zhuǎn)換。

這里采用光電耦合器的原因是，主電路上的電壓是可變的，不能采用普通的接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。數(shù)字電路IC3（4060）是一個(gè)振蕩分頻器，它產(chǎn)生的6.206Hz的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)分頻以后在Q7上輸出61.88s（周期），Q13上輸出3960s（周期）的脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)IC4（4017）的脈沖分配，以及二極管D3~D8的“或”邏輯電路后，形成了4L4小時(shí)的第一階段定時(shí)信號(hào)和2.2小時(shí)的第二階段定時(shí)信號(hào)，還有Q6輸出的充電結(jié)束信號(hào)。

Q6的輸出被反饋到CE端，使得IC4的Q6輸出高電平時(shí)封鎖輸入，保持狀態(tài)。C17、R39的作用是在通電的一瞬間使IC3、IC4清零，保證定時(shí)從頭開(kāi)始。由IC4的QO~Q34個(gè)輸出端產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)D3~D6構(gòu)成的或門(mén)給IC5（1）腳，IC6（1）腳和（5）腳提供高電平，使得IC5（2）腳輸出低電平，使IC7的R端為低電平，IC7開(kāi)始工作，和IC6的（1）、（2）、（2）與非門(mén)一起，產(chǎn)生笫一階段恒流充電間歇性控制信號(hào)，通過(guò)OP3和T7控制TO~T3，進(jìn)入第一階段充電。

同時(shí)，IC6的（4）、（5）、（6）與非門(mén)（5）腳已經(jīng)成高電平，（6）腳接受來(lái)自IC3的振蕩信號(hào)，在（4）腳輸出6.206Hz的方波，通過(guò)D9、T11控制雙色LED中的紅色二極管閃爍發(fā)光，指示第一階段充電。在此期間，IC7的CP端也接受來(lái)自IC3的振蕩脈沖，在其Q3輸出端上產(chǎn)生占空比為1/10的高電平信號(hào)，它經(jīng)過(guò)R42、C23積分電路，R43、C24微分電路和IC5中的兩個(gè)反向器產(chǎn)生出時(shí)值約5ms的放電控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)放電MOS管T6形成大電流放電脈沖。

在充電的第二階段，IC4的Q4、Q5端輸出高電平，經(jīng)過(guò)IC5（3）、（4）反向器后輸出低電平，一路通過(guò)OP2、T8控制恒流電路轉(zhuǎn)換電流，另一路通過(guò)D1O、T11使LED恒定發(fā)紅色光，指示出第二階段充電。此時(shí)IC7的R端已經(jīng)被置于高電平）其Q3端恒定為零電平，放電電路已經(jīng)停止工作，充電波形中也沒(méi)有間歇了，成為穩(wěn)定的恒流充電。

在第二階段充電結(jié)束時(shí)，IC4的Q6輸出高電平，通過(guò)IC5（5）、（6）反向后，控制OP1，倒亙流電路產(chǎn)生1OmA的涓流電流，同時(shí)通過(guò)Tl2控制LED發(fā)出綠光，指示第二階段充電結(jié)束。該信號(hào)還會(huì)通過(guò)R33使T9截止，使IC3的Q7輸出通過(guò)C20、R34微分電路使能IC6中的兩個(gè)與非門(mén)電路構(gòu)成方波發(fā)生器，在壓電片F(xiàn)C上產(chǎn)生每61.88s一個(gè)“嘀”聲，提示使用者充電過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。