锂电池与镍镉电池 - 电源工程师设计全攻略（三）：充电电路设计

　　二、锂电池与镍镉电池

　　1、锂离子电池及充电器

　　锂电池轻薄短小且容量大，其阳极为石墨晶体，阴极通常为二氧化钴锂，在充放电反应中，锂永远以离子形态出现，所以这种电池称为锂离子电池。锂离子电池与镍氢镍镉电池相比有以下优点：1、单体电池工作电压为3.6V，是镍镉电池的三倍；2、在容量相同的情况下，体积可减小30%，重量可降低50%；3、寿命可达1200次以上；4、允许工作温度范围（-20℃~+60℃）很宽，可大电流快速充电。

　　单体锂离子电池的充电电压必须严格保持在4.1V±50mV，若超过4.5V，可造成永久性破坏。其放电电压不得低于2.2V，否则也会造成永久性破坏。最简单的锂离子电池充电器电路图如上图所示。该充电器中，采用了锂离子电池充电控制器LM3420，可对两只串联锂离子电池组充电。当电池组电压低于8.4V时，LM3420输出端（OUT）无输出电流，晶体三极管VT2截止，因此，电压可调稳压器LM317输出恒定电流，其值为1.25V/R。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。电池电压被LM3420的输入脚（NI）检测，当电池电压升到8.4V时，LM3420开始输出电流，使VT2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，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，充电电流下降到涓流充电。当输入电压中断后，晶体三极管VT1截止，电池组与LM3420断开。二极管VD可避免电池通过LM317放电。

　　2、全自动镉镍电池充电器

　　镍镉电池正极板上的活性物质由 氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参加化学反应，其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的 扩散性，防止结块，并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中，加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板 隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。

　　本充电器电路采用折点电压法对镉镍电池进行充电。当电池充足电时，充电电流将自动减至8mA，同时用发光管指示充电结束，并给电池提供涓细电流，维持电量。因而不会产生过充及欠充现象，从而延长了镍镉电池的使用寿命，如图。

　　图中，VD3为充电指示，VD4为充电结束指示。充电部分采用三端稳压块μA7806组成恒流源充电电路。充电电流I=（6V/R1）+IVD6=（6V/R1）+8mA。适当选取R1可以得到合适的充电电流。

　　控制部分采用单向晶闸管VS。当电池充足时，电池两端的电压上升至一固定值（单只1.4~1.55V），导致晶闸管VS导通使VD6发光，且VT2随之饱和导通导致VT1五偏置电流而截止。这是电池的充电电流只剩下流过VD5的三端稳压块的静态电流，月8mA左右，因而电池不会被过充。

　　调试：用充足的镉镍电池代替代充电池，仔细调节RP使VD6刚好点亮，测充电电流为8mA即可。