用DS2711/12检测原电池
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摘要：DS2711和DS2712标准NiMH电池充电器(专为1节或2节AA或AAA NiMH“标准”电池设计)能够检测原电池(一次电池，不可充电电池)，避免对其充电。本应用笔记介绍了各种来自不同厂商的电池特性，说明了充电IC区分NiMH可充电电池和碱性原电池的方法。
本应用笔记给出的数据显示，这些器件能够区分出NiMH可充电电池和碱性原电池，可广泛用于不同厂商的新电池或已经使用过的电池。
所选择的NiMH电池包括AA和AAA电池，分别来自以下厂商：Maxell、Panasonic、Rayovac、Sanyo和Sony。原电池来自以下厂商：Duracell Ultra、Rayovac Maximum Plus、Energizer Max、Energizer e² Lithium和Energizer e² Titanium。旧电池已经使用了一年之久，并经过许多次充电、放电。
所有NiMH电池用DS2711充电，然后放电到指定的电量。碱性电池是新型号，去掉包装，并将其放电到所希望的状态。
电池阻抗在很大程度上取决于剩余电量或充电状态，本应用笔记中选择了4种充电状态：充满、低电量、空电量和电池耗尽。
“充满”指NiMH电池已通过DS2711完全充满，对于碱性电池，“充满”指电池刚刚去掉包装；“低电量”指电池在50mA负载下放电至1.2V；“空电量”指电池在50mA负载下放电至0.8V；“电池耗尽”指电池在50mA负载下放电至0.0V。
表1给出了AA电池在各充电状态下计算出的阻抗，表2为AAA电池的阻抗值。
表1. 计算AA电池在不同充电状态下的阻抗
表2. 计算AAA电池在不同充电状态下的阻抗
本应用笔记选择100Ω的RCTST用于500mA充电电流，50Ω的RCTST用于1A的充电电流。
表3给出了充电结果表格中的缩略语注释，“NC”表示由于VOC高于1.75V，电池没有被充电，它是DS2711检测电池插入时的限制。“PC”表示VOC低于1.0V，器件进入预充电状态，此时，充电器以1/4快充电流为电池充电。如果在34分钟后，电池的VOC没有恢复到1.0V以上，DS2711将进入故障(FAULT)状态。“CTST”表示电池没有达到阻抗要求，使DS2711进入FAULT状态，每隔31秒进行一次电池阻抗测试。“OV”表示VCH (在充电电流作用下每节电池的电压)高于1.75V，它将使DS2711进入FAULT状态。充电期间，每秒进行一次过压检测。“Ch”表示电池由DS2711充电。
充电结果表格中的其它信息代表从开始充电到DS2711进入FAULT状态的时间，根据需要用“XXs”(秒)或“XXm”(分钟)表示。另外，“X RS”表示完成充电过程之前重新启动充电过程的次数。对于过度放电的NiMH电池，DS2711可能在最初检测到过高的阻抗，但是，经过1次或2次尝试后，阻抗将恢复到通过检测的数值，允许进行适当的充电。
表3. 充电结果表4-7的缩略语注释
表4和表5是将AA和AAA电池放置到DS2711评估板上后得到的测试结果，配置为并联充电模式，利用外部充电电源设置500mA的充电电流。表6和表7是在1A充电电流下的测试结果。
表4. 以500mA电流充电时，AA电池的充电结果
表5. 以500mA电流充电时，AAA电池的充电结果
表6. 以1A电流充电时，AA电池的充电结果
表7. 以1A电流充电时，AAA电池的充电结果
Energizer e² Lithium的电池是仅有的一款没有立即终止充电的原电池，这种电池作为原电池具有极低的阻抗，增大了检测难度。新电池的开路电压(VOC)近似为1.8V，无法通过“在线”检测，所以，也可以避免充电。处于“电池耗尽”状态的AA和AAA电池(以及“空电量”状态的AAA电池)具有低于1.0V的VOC，电池会进入34分钟的低速率预充电状态，然后终止充电，不会对电池产生任何明显的影响。
Energizer e² Lithium的AA和AAA电池在“低电量”状态下(以及“空电量”状态下的AA电池)会被DS2711充电，但不会产生任何漏电或爆炸的征兆，仅仅会使电池发热，在电池终止充电以前使其温度比室温高出大约10°C。考虑到这一原因，制造商不建议对原电池进行充电。
Energizer e² Lithium的电池被充电后，再对其放电，使其恢复到初始充电状态，可以发现，它们将很快达到其初始状态，这表明只有极少的电量注入到了电池内部。
一些空电量或电量耗尽的可充电NiMH电池在阻抗恢复到门限要求以前需要重新启动1次或2次充电过程，重新启动充电的现象发生在500mA充电电流情况下，而不是1A充电电流情况下，因为1A的充电电流足以使电池阻抗在31秒内恢复到门限要求的数值以内。当以500mA电流充电时，需要2倍的阻抗恢复时间。
本应用笔记给出的数据表明：DS2711和DS2712能够有效检测碱性原电池，并避免对其进行充电，符合原电池制造商推荐的充电要求，而且能够为NiMH电池提供适当的充电。
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引言
DS2711和DS2712为1节或2节AA或AAA标准NiMH电池提供了一种理想的充电方案，它们能够检测碱性原电池，防止对其充电。(碱性原电池制造商不推荐对其产品进行充电，因此，能够识别哪些电池可以安全充电、哪些电池不能充电对于充电器而言将是一个非常关键的功能)。本应用笔记给出的数据显示，这些器件能够区分出NiMH可充电电池和碱性原电池，可广泛用于不同厂商的新电池或已经使用过的电池。
选择电池
我们收集了几款新的和旧的NiMH可充电电池及碱性原电池，将每款电池与DS2711连接，它可以识别电池的化学特性，判断是否对其充电。所选择的NiMH电池包括AA和AAA电池，分别来自以下厂商：Maxell、Panasonic、Rayovac、Sanyo和Sony。原电池来自以下厂商：Duracell Ultra、Rayovac Maximum Plus、Energizer Max、Energizer e² Lithium和Energizer e² Titanium。旧电池已经使用了一年之久，并经过许多次充电、放电。
所有NiMH电池用DS2711充电，然后放电到指定的电量。碱性电池是新型号，去掉包装，并将其放电到所希望的状态。
电池阻抗在很大程度上取决于剩余电量或充电状态，本应用笔记中选择了4种充电状态：充满、低电量、空电量和电池耗尽。
“充满”指NiMH电池已通过DS2711完全充满，对于碱性电池，“充满”指电池刚刚去掉包装；“低电量”指电池在50mA负载下放电至1.2V；“空电量”指电池在50mA负载下放电至0.8V；“电池耗尽”指电池在50mA负载下放电至0.0V。
阻抗
当电池放电到指定状态时，对电池进行测量，以计算每个电池的阻抗。这个过程通过以下步骤完成：测量每节电池的开路电压(VOFF)，然后以500mA充电电流作用到电池上并测量对应的电压(VON) ，5秒钟后，可利用欧姆定律计算阻抗：表1给出了AA电池在各充电状态下计算出的阻抗，表2为AAA电池的阻抗值。
表1. 计算AA电池在不同充电状态下的阻抗
| Charge States Impedance (mΩ) | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AA | Duracell Ultra | 181 | 451 | 910 | 671 |
| Rayovac Maximum Plus | 248 | 761 | 1282 | 462 | |
| Energizer Max | 140 | 912 | 1080 | 524 | |
| Energizer e² Lithium | 159 | 174 | 272 | 850 | |
| Energizer e² Titanium | 186 | 436 | 486 | 444 | |
| New NiMH - AA | Panasonic (1950 mAh) | 42 | 52 | 60 | 448 |
| Rayovac (2000 mAh) | 40 | 48 | 64 | 638 | |
| Sanyo (1600mAh) | 34 | 54 | 206 | 982 | |
| Aged NiMH - AA | Maxell (2000 mAh) | 58 | 285 | 555 | 629 |
| Rayovac (1800 mAh) | 45 | 55 | 187 | 391 | |
| Sanyo (2000 mAh) | 81 | 83 | 131 | 812 | |
| Sony (2000 mAh) | 57 | 116 | 551 | 1420 | |
表2. 计算AAA电池在不同充电状态下的阻抗
| Charge States Impedance (mΩ) | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AAA | Duracell Ultra | 282 | 602 | 1035 | 1640 |
| Rayovac Maximum Plus | 322 | 883 | 1114 | 1892 | |
| Energizer Max | 253 | 367 | 525 | 1071 | |
| Energizer e² Lithium | 222 | 253 | 523 | 834 | |
| Energizer e² Titanium | 192 | 442 | 268 | 455 | |
| New NiMH - AAA | Rayovac (800 mAh) | 100 | 106 | 152 | 353 |
| Sanyo (700 mAh) | 98 | 128 | 128 | 844 | |
| Panasonic (750 mAh) | 100 | 72 | 142 | 147 | |
| Aged NiMH - AAA | Rayovac (700 mAh) | 54 | 168 | 144 | 357 |
| Sanyo (700 mAh) | 106 | 154 | 507 | 819 | |
| Sony (700 mAh) | 62 | 64 | 396 | 712 | |
充电结果
电池阻抗测量门限(CTST)由CTST电阻(RCTST)设置。RCTST电阻基于所要求的阻抗门限和充电电流，对于AA和AAA电池选择160mΩ作为判断可充电NiMH电池(新电池或旧电池)的检测门限，适合新电池和旧电池的阻抗测试，碱性电池将不能通过测试。可以用以下公式计算RCTST：本应用笔记选择100Ω的RCTST用于500mA充电电流，50Ω的RCTST用于1A的充电电流。
表3给出了充电结果表格中的缩略语注释，“NC”表示由于VOC高于1.75V，电池没有被充电，它是DS2711检测电池插入时的限制。“PC”表示VOC低于1.0V，器件进入预充电状态，此时，充电器以1/4快充电流为电池充电。如果在34分钟后，电池的VOC没有恢复到1.0V以上，DS2711将进入故障(FAULT)状态。“CTST”表示电池没有达到阻抗要求，使DS2711进入FAULT状态，每隔31秒进行一次电池阻抗测试。“OV”表示VCH (在充电电流作用下每节电池的电压)高于1.75V，它将使DS2711进入FAULT状态。充电期间，每秒进行一次过压检测。“Ch”表示电池由DS2711充电。
充电结果表格中的其它信息代表从开始充电到DS2711进入FAULT状态的时间，根据需要用“XXs”(秒)或“XXm”(分钟)表示。另外，“X RS”表示完成充电过程之前重新启动充电过程的次数。对于过度放电的NiMH电池，DS2711可能在最初检测到过高的阻抗，但是，经过1次或2次尝试后，阻抗将恢复到通过检测的数值，允许进行适当的充电。
表3. 充电结果表4-7的缩略语注释
| Abbreviation | Meaning |
| NC | No Charge |
| PC | Pre-charge |
| CTST | Fail Impedance Test |
| OV | Fail Over Voltage Test |
| Ch | Charged OK |
| (XXs) | Seconds until FAULT |
| (XXm) | Minutes until FAULT |
| (X RS) | Times Charge was restarted |
表4和表5是将AA和AAA电池放置到DS2711评估板上后得到的测试结果，配置为并联充电模式，利用外部充电电源设置500mA的充电电流。表6和表7是在1A充电电流下的测试结果。
表4. 以500mA电流充电时，AA电池的充电结果
| Charge StatesCharge Results for 500mA Current | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AA | Duracell Ultra | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | PC (34m) |
| Rayovac Maximum Plus | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| Energizer Max | OV (155s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| Energizer e² Lithium | NC | OV (295m) | CTST (25m) | PC (34m) | |
| Energizer e² Titanium | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| New NiMH - AA | Panasonic (1950 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Rayovac (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch (1 RS) | |
| Sanyo (1600mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch (2 RS) | |
| Aged NiMH - AA | Maxell (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch (1 RS) | Ch (2 RS) |
| Rayovac (1800 mAh) | Ch | Ch | Ch (1 RS) | Ch (1 RS) | |
| Sanyo (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch (1 RS) | |
| Sanyo (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
表5. 以500mA电流充电时，AAA电池的充电结果
| Charge StatesCharge Results for 500mA Current | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AAA | Duracell Ultra | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) |
| Rayovac Maximum Plus | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| Energizer Max | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| Energizer e² Lithium | NC | CTST (20m) | PC (34m) | PC (34m) | |
| Energizer e² Titanium | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| New NiMH - AAA | Rayovac (800 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Sanyo (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch (1 RS) | |
| Panasonic (750 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch (1 RS) | |
| Aged NiMH - AAA | Rayovac (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Sanyo (700 mAh) | Ch | Ch | Ch (1 RS) | Ch (1 RS) | |
| Sony (700 mAh) | Ch | Ch | Ch (1 RS) | Ch (1 RS) | |
表6. 以1A电流充电时，AA电池的充电结果
| Charge StatesCharge Results for 1A Current | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AA | Duracell Ultra | OV (7s) | OV (7s) | OV (3s) | CTST (31s) |
| Rayovac Maximum Plus | OV (3s) | OV (3s) | OV (2s) | OV (22s) | |
| Energizer Max | OV (11s) | OV (3s) | OV (3s) | OV (3s) | |
| Energizer e² Lithium | NC | OV (237m) | CTST (400s) | OV (2s) | |
| Energizer e² Titanium | OV (14s) | CTST (31s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| New NiMH - AA | Panasonic (1950 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Rayovac (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Sanyo (1600mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Aged NiMH - AA | Maxell (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Rayovac (1800 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Sanyo (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Sony (2000 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
表7. 以1A电流充电时，AAA电池的充电结果
| Charge StatesCharge Results for 1A Current | |||||
| Cell Type | Cell Brand | Full | Low | Empty | Depleted |
| Alkaline - AAA | Duracell Ultra | OV (3s) | OV (3s) | OV (3s) | OV (2s) |
| Rayovac Maximum Plus | OV (2s) | OV (3s) | OV (3s) | OV (3s) | |
| Energizer Max | OV (2s) | OV (21s) | OV (2s) | OV (2s) | |
| Energizer e² Lithium | NC | CTST (32m) | PC (34m) | PC (34m) | |
| Energizer e² Titanium | OV (2s) | OV (10s) | CTST (31s) | CTST (31s) | |
| New NiMH - AAA | Rayovac (800 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Sanyo (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Panasonic (750 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Aged NiMH - AAA | Rayovac (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch |
| Sanyo (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
| Sony (700 mAh) | Ch | Ch | Ch | Ch | |
结论
充电结果(表4-7)表明DS2711和DS2712能够检测碱性原电池，并避免对这些电池进行充电。以500mA电流充电时，大多数电池在停止充电之前有31秒的充电时间，这是由于电池阻抗检测造成的。当以较高的充电电流(1A)充电时，大多数碱性原电池在10秒钟内将会检测到电池过压状态，这同样会终止充电。Energizer e² Lithium的电池是仅有的一款没有立即终止充电的原电池，这种电池作为原电池具有极低的阻抗，增大了检测难度。新电池的开路电压(VOC)近似为1.8V，无法通过“在线”检测，所以，也可以避免充电。处于“电池耗尽”状态的AA和AAA电池(以及“空电量”状态的AAA电池)具有低于1.0V的VOC，电池会进入34分钟的低速率预充电状态，然后终止充电，不会对电池产生任何明显的影响。
Energizer e² Lithium的AA和AAA电池在“低电量”状态下(以及“空电量”状态下的AA电池)会被DS2711充电，但不会产生任何漏电或爆炸的征兆，仅仅会使电池发热，在电池终止充电以前使其温度比室温高出大约10°C。考虑到这一原因，制造商不建议对原电池进行充电。
Energizer e² Lithium的电池被充电后，再对其放电，使其恢复到初始充电状态，可以发现，它们将很快达到其初始状态，这表明只有极少的电量注入到了电池内部。
一些空电量或电量耗尽的可充电NiMH电池在阻抗恢复到门限要求以前需要重新启动1次或2次充电过程，重新启动充电的现象发生在500mA充电电流情况下，而不是1A充电电流情况下，因为1A的充电电流足以使电池阻抗在31秒内恢复到门限要求的数值以内。当以500mA电流充电时，需要2倍的阻抗恢复时间。
本应用笔记给出的数据表明：DS2711和DS2712能够有效检测碱性原电池，并避免对其进行充电，符合原电池制造商推荐的充电要求，而且能够为NiMH电池提供适当的充电。
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