充電(dian)電(dian)池已經成(cheng)為當今電(dian)子產品的(de)一種標準(zhun)電(dian)源，特別是便攜設備(bei)(bei)：筆(bi)記本(ben)電(dian)腦、掌上導航(hang)儀、手機(ji)等。這些(xie)產品需要消耗(hao)的(de)功(gong)率(lv)越來越大(da)，而可(ke)充電(dian)電(dian)池容(rong)量的(de)增長速(su)度(du)遠(yuan)遠(yuan)不能(neng)(neng)滿足它們的(de)需求(qiu)(qiu)。功(gong)耗(hao)增長的(de)主要原因是設備(bei)(bei)功(gong)能(neng)(neng)的(de)增強(qiang)，例如：數碼相機(ji)與手機(ji)的(de)功(gong)能(neng)(neng)整合，筆(bi)記本(ben)電(dian)腦更高的(de)運(yun)算速(su)度(du)以及大(da)尺(chi)寸屏幕的(de)需求(qiu)(qiu)等等。便攜設備(bei)(bei)功(gong)耗(hao)的(de)增大(da)使得用可(ke)充電(dian)電(dian)池要比標準(zhun)電(dian)池更便宜、更環(huan)保。

　　本文介紹了(le)可(ke)充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)化學成分(fen)；同時(shi)說明(ming)了(le)各種充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)典型(xing)特征和選擇電(dian)(dian)(dian)池(chi)類(lei)型(xing)時(shi)需要重點(dian)注(zhu)意的(de)事項。另外(wai)還討(tao)論(lun)了(le)在不使用微控制器(qi)或使用電(dian)(dian)(dian)源浪涌(yong)保(bao)護的(de)主(zhu)適配器(qi)的(de)情況下(xia)如何構建單機結構，安全、快速地對鎳氫和鋰離子充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行充電(dian)(dian)(dian)。

　　可充電電池類型

　　20世紀80年代(dai)的(de)便攜設備，如數字無繩電(dian)話、隨身聽和電(dian)動剃須刀等，主要由鎳(nie)(nie)(nie)鎘(NiCd)電(dian)池(chi)(chi)供電(dian)。到了90年代(dai)后期，鎳(nie)(nie)(nie)氫(qing)(NiMH)電(dian)池(chi)(chi)和鋰離(li)子(zi)(Li-Ion)電(dian)池(chi)(chi)逐(zhu)漸進(jin)入市場并開始流(liu)行 因為價格(ge)比(bi)鎳(nie)(nie)(nie)氫(qing)和鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)(chi)便宜，鎳(nie)(nie)(nie)鎘電(dian)池(chi)(chi)在(zai)低端應(ying)用中十分普遍。鎳(nie)(nie)(nie)鎘電(dian)池(chi)(chi)可提供最高的(de)放電(dian)電(dian)流(liu)，適合短時間內需要大功率輸出的(de)應(ying)用。

　　另一(yi)方(fang)面(mian)，鎳(nie)鎘電(dian)(dian)池曾經被所謂(wei)的(de)(de)(de)記憶效應困(kun)擾(現在(zai)(zai)的(de)(de)(de)鎳(nie)鎘電(dian)(dian)池很少考慮這(zhe)個因(yin)素)，使電(dian)(dian)池容量降(jiang)低(di)。如果鎳(nie)鎘電(dian)(dian)池在(zai)(zai)未(wei)完全放(fang)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)情況(kuang)下再充(chong)電(dian)(dian)，一(yi)些活(huo)性物質(zhi)會累(lei)積并且(qie)開始結(jie)晶(在(zai)(zai)陽極(ji)有100微(wei)(wei)米的(de)(de)(de)鎘累(lei)積層)，通過化學反應這(zhe)層物質(zhi)會自行消失(一(yi)塊全新電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)陽極(ji)大(da)約有1微(wei)(wei)米厚度的(de)(de)(de)鎘結(jie)晶)。

　　出現(xian)記憶(yi)效應會導致(zhi)電(dian)(dian)池容量越來越小(xiao)，端電(dian)(dian)壓越來越低，使得(de)電(dian)(dian)池到達最低可用端電(dian)(dian)壓(關斷點(dian))的(de)(de)時(shi)間比預期的(de)(de)早許多(duo)，如(ru)圖1所(suo)示。鎳鎘(ge)電(dian)(dian)池的(de)(de)另一個缺點(dian)是它的(de)(de)活(huo)性物質(zhi)中含有有毒的(de)(de)鎘(ge)。所(suo)以，歐洲法規2000/53/EG在2005年12月31號后禁止銷售鎳鎘(ge)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池。

　　鎳氫電池比鎳鎘電池更環保，但是價格更貴。鎳氫電池的放電電流略小，但受惰性效應的影響。惰性效應是比鎳鎘電池記憶效應稍輕的一種現象。惰性效應是由于鎳的結晶導致的。惰性效應和記憶效應一樣，導致無法完全使用可充電電池的全部容量，但都可以通過使用帶有放電功能的充電器來避免。

　　圖1. 鎳(nie)鎘電(dian)池的(de)記(ji)憶效(xiao)應與鎳(nie)氫電(dian)池的(de)惰性效(xiao)應之(zhi)間的(de)比較 鋰電(dian)子可充(chong)電(dian)電(dian)池價格最(zui)高(gao)，但具有足夠高(gao)的(de)能(neng)量密度(du)，因而可以在(zai)給定尺寸(cun)下提供更優性能(neng)，更適合小尺寸(cun)、高(gao)集(ji)成度(du)的(de)便攜(xie)設備。

　　表(biao)1給出了各種類型電池(chi)的主要特性(xing)。

　　單機鎳氫(qing)電池快速充電器

　　雖然(ran)很多(duo)(duo)人更偏愛(ai)鋰(li)離子電池(chi)(chi)，鎳氫(qing)電池(chi)(chi)的(de)使用依然(ran)很流(liu)行。因為(wei)鎳氫(qing)電池(chi)(chi)比鋰(li)離子電池(chi)(chi)便宜很多(duo)(duo)，所以在(zai)MP3播(bo)放器、閃光燈配(pei)件、車燈等(deng)設(she)備中經常能看到標(biao)準的(de)AA和AAA鎳氫(qing)電池(chi)(chi)。

　　一塊(kuai)可(ke)充(chong)電(dian)鎳氫(qing)電(dian)池(chi)的(de)(de)溫度和端電(dian)壓(ya)隨著電(dian)池(chi)的(de)(de)充(chong)電(dian)逐(zhu)步上升，在(zai)電(dian)池(chi)完全(quan)充(chong)滿后開始(shi)下降(圖2)。所以，鎳氫(qing)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器的(de)(de)主要(yao)任務(wu)是(shi)檢測到(dao)這個(ge)突(tu)變(bian)點(dian)并中(zhong)斷充(chong)電(dian)，或者從快速充(chong)電(dian)切換到(dao)涓流(liu)充(chong)電(dian)。另外，在(zai)充(chong)電(dian)過程中(zhong)對溫度和電(dian)壓(ya)進行(xing)連續監控可(ke)以提供系(xi)統的(de)(de)安全(quan)性。

　　圖2. 這些(xie)曲線顯(xian)示了(le)NiMH充電(dian)電(dian)池充電(dian)過程中典型的電(dian)壓(頂部)和(he)溫度(底部)隨時(shi)間(jian)的變化 

　　DS2711/DS2712充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)具備上(shang)述功能(neng)。另外，它(ta)們可以單機工作，不(bu)需要微控(kong)制(zhi)器(qi)或(huo)微處理(li)器(qi)監控(kong)。該(gai)系列產品是專門(men)為單節AA或(huo)AAA可充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)設計的，同時也適(shi)用于(yu)串聯(lian)或(huo)并聯(lian)的兩節電(dian)(dian)(dian)池(chi)。DS2711采用線性控(kong)制(zhi)結(jie)構，DS2712采用開關控(kong)制(zhi)結(jie)構。為了最大限度地延長(chang)工作時間(jian)、節約(yue)電(dian)(dian)(dian)池(chi)能(neng)量，這(zhe)些充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)有4種(zhong)充(chong)電(dian)(dian)(dian)模式：預(yu)充(chong)電(dian)(dian)(dian)、快速(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)、浮(fu)充(chong)和涓流充(chong)電(dian)(dian)(dian)。在浮(fu)充(chong)模式下(xia)，電(dian)(dian)(dian)池(chi)充(chong)滿后充(chong)電(dian)(dian)(dian)速(su)率(lv)被切換到(dao)一個比較低的速(su)率(lv)(對(dui)于(yu)DS2711而言是25%)。

　　除監控(kong)功能外(wai)，DS2711/DS2712充(chong)電器還(huan)帶有內部(bu)計時(shi)器，通過連(lian)接到TMR引腳的(de)外(wai)部(bu)電阻(zu)設(she)(she)定最(zui)大充(chong)電時(shi)間(jian)，可將快(kuai)速充(chong)電時(shi)間(jian)設(she)(she)置在0.5到10小時(shi)。浮充(chong)時(shi)間(jian)已(yi)經設(she)(she)定為最(zui)大充(chong)電時(shi)間(jian)的(de)一半(0.25到5小時(shi))。根據所要求(qiu)的(de)充(chong)電時(shi)間(jian)(TAPPROX)，由下式計算電阻(zu)值：

　　R = 1000TAPPROX / 1.5(Eq. 1)

　　快速充電模式下，如果超過最大充電時間，充電器會從快速充(chong)(chong)電模(mo)式切換到(dao)浮(fu)(fu)充(chong)(chong)模(mo)式，同時(shi)復位計(ji)時(shi)器。計(ji)時(shi)器開始為浮(fu)(fu)充(chong)(chong)過(guo)程計(ji)時(shi)，如果(guo)達(da)到(dao)預定的浮(fu)(fu)充(chong)(chong)時(shi)間，充(chong)(chong)電器將從浮(fu)(fu)充(chong)(chong)模(mo)式切換到(dao)涓流模(mo)式(圖3)。

　　圖3. 該典型應用電(dian)路中，DS2711電(dian)池充電(dian)器

　　為2個串聯的 鎳氫充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian) VP1、VP2用于監視電(dian)(dian)(dian)(dian)壓，THM1、THM2配合熱(re)敏電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)用來監測電(dian)(dian)(dian)(dian)池的溫度。TMR (計時器(qi))和(he)RSNS(檢(jian)流電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu))用于設定充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)時間(jian)和(he)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流。DS2711/DS2712的另(ling)外一(yi)個特性是可(ke)以檢(jian)測電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)故障(zhang)和(he)堿(jian)性原電(dian)(dian)(dian)(dian)池。如果發生這些情況，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)會自行關(guan)機。

　　如何檢測堿(jian)性電池

　　全新的(de)(de)(de)(de)鎳氫(qing)AA電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)典型內阻在(zai)30mΩ到(dao)(dao)100mΩ，堿性電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)內阻一般(ban)在(zai)200mΩ到(dao)(dao)300mΩ (根據充(chong)電(dian)(dian)狀態，最高可到(dao)(dao)700mΩ)，出(chu)現故障(zhang)的(de)(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)會有很高的(de)(de)(de)(de)內阻。DS2711/DS2712通過檢測到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓(VP1和VP2)和已(yi)設(she)定的(de)(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流可以計算出(chu)待充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)內阻。

　　CTST引(yin)腳(jiao)(用(yong)于電(dian)(dian)池測(ce)試、設置(zhi)門限)控制電(dian)(dian)池內阻(zu)的(de)測(ce)量(liang)。VCTST是充電(dian)(dian)過程中的(de)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓減去(qu)無(wu)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流時的(de)開路(lu)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(OCV)后的(de)差值(zhi)。這(zhe)個值(zhi)等于充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流乘(cheng)以電(dian)(dian)池內阻(zu)的(de)乘(cheng)積。如果檢測(ce)引(yin)腳(jiao)(VP1、VP2和VN1)與電(dian)(dian)池沒有采用(yong)Kelvin連接，引(yin)線電(dian)(dian)阻(zu)也將(jiang)計入測(ce)量(liang)值(zhi)，影響VCTST。計算外部電(dian)(dian)阻(zu)RCTST的(de)公式為：

　　RCTST = 8000 [V2/A] / VCTST, 其(qi)中VCTST = ICharge * RCELL(Eq. 2)

　　例如(ru)，當以C/2速(su)率(1.1A)為2200mAh NiMH電池(chi)充電時(shi)(shi)， 選擇RCELL = 150mΩ為電池(chi)內阻門限時(shi)(shi), VCTST將為: VCTEST = ICHARGE * RCELL = 1.1A * 150mΩ = 0.165V 或(huo): RCTST = 8000 [V2/A] / 0.165V = 48,485Ω

　　(最(zui)近(jin)的標準(zhun)1%阻(zu)值(zhi)為48.7kΩ) 如果超過VCTST門限(本例中(zhong)> 0.165V)，表明(ming)電(dian)(dian)池內阻(zu)高于150mΩ，芯(xin)片會提供(gong)邏(luo)輯指(zhi)示或出錯信息指(zhi)示(LED1、LED2)，同時停止充電(dian)(dian)過程(cheng)(圖4)。

　　圖(tu)4. 圖(tu)3中(zhong)所示充電器的充電流程(cheng)

　　單機鋰(li)離子電池(chi)快(kuai)速充電器

　　因為不需要檢測電壓變化率(dV/dt)，鋰離子電池充電器比鎳氫電(dian)池(chi)簡(jian)單。同時，由于(yu)鋰離子電(dian)池(chi)對過(guo)充(chong)非常敏感，充(chong)電(dian)器需(xu)要一(yi)個精確的(de)4.2V ± 50mV電(dian)源(yuan)保證(zheng)恒功率充(chong)電(dian)。至于(yu)鎳氫電(dian)池(chi)，充(chong)電(dian)器不僅需(xu)要電(dian)壓監(jian)測，還需(xu)要其(qi)它監(jian)控功能(溫(wen)度、計時等)。

　　單機鋰離子電池充電器MAX8601內置所謂的Vbatt可控電壓源，它可以在+25°C提供4.2V ± 0.021V，或在40°C < T < 85°C提供4.2V ± 0.034V的精度。當通過Vbatt連接給鋰離子電池充電時，充電器可以保(bao)持恒定輸出功率(lv)(圖5)，外部(bu)電(dian)阻(接SETI引腳)和外部(bu)電(dian)容(接CT引腳)可以設定充電(dian)電(dian)流和內部(bu)計時(shi)。該(gai)充電(dian)器(qi)還通過一個(ge)負溫度(du)系數電(dian)阻來監控(kong)電(dian)池的溫度(du)。

　　圖(tu)5. MAX8601鋰離子電(dian)池單機充電(dian)器的典型應(ying)用電(dian)路圖(tu)

　　MAX8601充(chong)(chong)電(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)主(zhu)要優點是可以通過(guo)外部適(shi)(shi)配(pei)器(qi)或(huo)USB端(duan)口(kou)給(gei)電(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)(圖6)。USB端(duan)口(kou)根(gen)據USEL引腳(jiao)的(de)(de)設(she)置(zhi)可以提(ti)供100mA、500mA電(dian)(dian)流(典(dian)型USB輸出電(dian)(dian)流)。該芯片會自動(dong)選(xuan)擇(ze)外部電(dian)(dian)源(主(zhu)適(shi)(shi)配(pei)器(qi)或(huo)USB)。如(ru)果兩(liang)個電(dian)(dian)源同(tong)時存在，它會選(xuan)擇(ze)主(zhu)適(shi)(shi)配(pei)器(qi)進行充(chong)(chong)電(dian)(dian)。任何一(yi)個電(dian)(dian)源都(dou)必(bi)須能(neng)夠提(ti)供最小4.5V的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)。

　　MAX8601具有低電池電壓預充、限壓/限流快速充電和浮充模式等控制算法，優化了鋰離子電池充電。器件(jian)還有上(shang)電(dian)(dian)復位以及電(dian)(dian)池過壓、高(gao)溫/低溫檢測和充電(dian)(dian)時間的(de)連續監測功能。

　　圖6. 圖5中充電器的充電流程圖

　 DS2711/DS2712和MAX8601都是單機充電器，它(ta)們具有多(duo)種監(jian)控(kong)功能(電壓、電流(liu)、溫度、計時(shi)等(deng))，既不(bu)(bu)需(xu)要微(wei)控(kong)制器監(jian)控(kong)，也不(bu)(bu)需(xu)要電源浪涌保護，而(er)且提供(gong)清晰、簡單的外部切換。