锂电池的设计

2.1 常用充电器简单介绍

2.1.1 方案一一款极简单的锂电池充电器

该装置的电路工作原理如图2-1所示：

图2-1 简易锂电池充电器

工作原理：此电路采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED 为充电指示电路。随着被充电电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后，R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭。

本电路的优点是：制作简单，元器件易购买，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池。通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W2可以对充电电流进行大范围调节。

缺点是：无过放电控制电路。

1.2 方案二实用锂电池充电器

该装置的电路工作原理如图2-2所示：

此充电器工作原理：由VT2、R4、R6、LED1组成恒流充电，VT1、IC、R1~R3、RP1等组成恒压充电，VT3、RP2等组成电池电压检测。待充电电池放入充电器接通电源后、电池即进入恒流充电，充电电流约为300mA，同时LED1点亮。当电池电压达到4.1V时VT3导通，继电器J 吸合，继电器接点转换成恒压充电（常闭接点1断开，常开接点2闭合），此时充电电流约为50mA左右，同时LED1熄灭，LED2点亮。

优点：本电路专为业余制作而设计，因此电路简单、元件易购、制作容易、安全可靠。

图2-2 实用锂电池充电器

2.1.3 方案三简单的2节锂电池充电器

该装置的电路图如下所示：

图2-3 简单的2节锂电池充电器

工作原理：该充电器中采用了锂离子电池充电控制器LM3420-8.4。可对2节串联的锂离子电池组充电。当电池组电压低于8.4V时，LM3420输出端(OUT)无输出电流，晶体管Q2截止，因此，可调稳压管LM317输出恒定电流，其值为 1.25／Rn。LM317额定输出电流为 1.5A，若需要更大的充电电流，可选用LM350或LM338。充电过程中，电池电压不断上升，并被LM3420的输入端(1N)检测。当电池电压升到8.4V时，LM3420输出电流，使Q2开始控制LM317的输出电压，充电器转入恒压充电过程，电池电压稳定在8.4V。此后充电电流开始减小，充足电后，电流下降到涓流充电电流。当输入电压中断后，晶体管Q1截止，电池

组与LM3420断开。二极管D1可避免电池通过LM317放电。

2.1.4方案四普通恒流、恒压充电器

该充电器主要由恒流源、恒压源和电池电压检测控制器三部分组成。其工作原理为：市电经电源变压器降压、整流、滤波，由IC1构成恒流源经继电器的常闭触点向电池进行第一阶段恒流充电；当电池的电压上升到由IC3构成的电压比较器所设定的4.2V时，电压比较器输出高电平，经R7、ZD2触发可控硅SCR导通，继电器得电吸合，J-1的常闭端点断开，常开点接通，转为由IC2组成的恒压源进行第二阶段的恒压充电。可控硅的作用是电池在转为恒压充电时，电池的电压会有所下降，电压比较器又会转为输出低电平，由可控硅触发后的自保持特性可消除这一影响。ZD2和C5的作用是消除误触发。D5的作用是防止电池电流倒流损坏元件IC1。

该充电器的特点是：充电过程分为两部分，首先用恒流充电到4.2V+0.05V，即转入4.2V 0.05V恒压的第二阶段充电，恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低，待充电电流降到0.1CmA时，表示电池已充到额定容量的93%或94%，此时即可认为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降低到零，电池完全充满。

优点：精度高，元件也比较常见易购买，可以最大限度的将电池充满。

该装置的电路如图2-4所示：

图2-4 普通恒流、恒压充电器

2.1.5方案五使用专用集成块的锂电池充电器

电路如图2-5所示。此例选用的充电器是LT1510，电池组含3节锂离子电池。选定R4值之后，R1、R2和R3的值可按以下公式计算：

R1＝R4＝(V

o u t -V

re f

)／V

re f

，R2＝K(R1+R4)，

R3＝R4×V

r ef ×K[1-(1-K)]／V

o ut

K是电路一个方向总容差需要作

的相对变化。例如，在0.5％基准、两只1％电阻器情况下，总容差为2.5％，若要达1.2％，百分比需要作的变化为2.5％一1.2％＝1.3％，那么K为0.013。

在下面情况中，连接线S1和S2需要作开路处理：

①Vout为低于标称值的(1／2)K时，断开S1，

②Vout为高于标称值的(1／2)K时，断开S2。

图2-5 使用专用集成块的锂电池充电器

由上面的各种充电器电路的介绍，可以发现充电器的充电方式大都是恒流、恒压方式，只有小部分电路采取单一的恒流或恒压充电方式。恒流、恒压充电的好处是：电池可以最大限度的充满，缺点是：电路复杂，成本较高。

而采用单一充电方式的充电器好处是：电路简单，制作容易，成本比较低。缺点是：电池容易损坏，而且电池不能最大限度的充满。使用专用集成块的充电器，设备简单，使用方便，但是集成块不易购买，所以也不符合本次毕业设计的要求。

2.2 本次毕业设计拟采用的充电器设计

根据充电器的一般组成方式和特点，以及现实的有关情况，将毕业设计的准智能锂电池充电器的基本框图设计如图2-6所示：

图2-6准智能锂电池充电器的基本框图此框图包括了准智能锂电池充电器的基本组成部分，即多谐振荡器部分，充电执行电路部分，电池端电压检测部分，脉冲频率分配器部分以及电源部分组成。电源部分对各个部分提供稳定的电压，多谐振荡器部分产生一个1Hz的振荡频率，并触发脉冲频率分配器输出不同的电平，产生不同的电压，经分压后送到充电执行电路进行充电操作，而电池端电压检测部分则对电池电压进行监测，配合控制充电器的充电电流。以下将对各部分电路进行分析。