镍氢电池充电器设计方案汇总（五款模拟电路设计原理图详解）

镍氢电池的特点

单体镍氢电池的结构是密封圆柱形，标称电压为1.2V，它主要有以下特点：

（1）容量大

NiMH电池的“储能密度”，以5号（AA型）可充电电池为例，至少在1000mAh以上，好的能达到1400mAh，在同等体积和重量的条件下，其容量是镍镉电池的2～3倍，而比传统型镍镉电池要多出1倍多。

（2）无“记忆效应”

“记忆效应”是指电池在使用过程中，由于没有完全放电就进行充电，造成电池负极板上产生不正常的氧化物导致，它对电池电压有抑制作用，表现为电池充电很足，但放电时，电压骤减，致使电池使用寿命缩短。镍氢电池无“记忆效应”，但在使用过程中，有自放电现象。正常使用情况下，其电量的流失量为每天 1％～3％，充满电的镍氢电池，放置几星期后再使用，就必须重新充电。由于镍氢电池无“记忆效应”，所以在开始为它充电前不需做放电处理，可以随用随充，在任一点充电。

（3）耐过充电、过放电能力强

镍氢电池充电、放电比较随便，即使过充电也不会造成电池永久性损伤，电池放电到0V以后再充电，仍然能够恢复镍氢电池的容量。

（4）无污染

由于镍氢电池含镉成分极微，甚至不含镉成分，不会污染环境，所以镍氢电池也叫环保电池或“绿色电池”。现有很多国家都投巨资兴建镍氢电池生产线。

（5）资源丰富

镍氢电池所用的储氢合金是从稀土中提炼出来的，而我国是稀土资源大国，约占全球总储存量的80％，所以我国发展镍氢电池具有得天独厚的优势。

（6）寿命长

镍氢电池以1C电流充电、放电循环使用寿命超过500次，以0.2C电流充、放电循环使用寿命超过1000次，从实际使用寿命看，以5号镍氢电池为例，采用1000mA电流充电，可累计重复使用1000h。

镍氢电池充电器设计方案（一）

该电池盒由14节1.2V／1.8A·h镍氢电池组成，每7节为一组并联组成8.4V／3.6A·h电池。每组电池经过电流、超温保护元件连接，并由热敏电阻与充电控制板组成一体，通过六芯插座与外部电源适配器连接，实现电池组的充电控制。其电路如图所示。

电路工作原理：由bq2004／20lO组成的充电控制板通过检测按钮S及5个指示灯可随时检查电池状态，及时进行充电，保护电池组不会过放电。

U2为监控IC，电池电压经五端稳压器016稳压，得到＋5V供U2使用。S为动断检测按钮，按下S，V2导通，10脚输出低电平，1脚MT6输出高电平，根据电池不同容量，相应MT1～MT5输出低电平，对应发光二极管VD1～VD5发光。第9脚为充电电流检测输入端。第11脚为电池电压输人端。第13脚为充放电控制，与外接DC端对电池进行充放电控制，高电平有效。

U4（bq2004）为充电控制芯片，VR低电平时V3导通，U4得电开始计时，第14脚充电控制端输出高电平使V1导通，ON端低电平控制外部电路对电池充电。第7脚为电池温度检测输人端，外部紧贴电池上的负温度系数电阻，组成温度传感器。第5脚为电池电压输入端。

该充电控制板能从时间、电池温度、电压三方面控制电池充电，达到充满自停。

镍氢电池充电器设计方案（二）

电路原理：用bq2004搭建了一个镍氢电池的快速充电电路，给10节镍氢电池充电，快充电流最大为2.25A，电路如图所示。是电路开始对电池进行快速充电后，很快就跳到充满的状态了（不管电池是否充满）。快速充电模式持续时间很短，均没有超过封锁时间；电路中热敏电阻部分接入了6.2K定值电阻，可以保证任意时刻引起的快速充电终止；电路是根据DV2004S1的电路设计的，没有MTP23P06V这款PMOSFET，用AO4606的N管代替了2N7000。

 

镍氢电池充电器设计方案（三）

自制充电器用LM324的4个运算放大器作为比较器，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进行充电，其原理电路见图。其特点是电路简单、工作可靠、无需调整、元器件容易购买等，下面分几个部分进行介绍。

1.基准电压Vref形成

外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref=2.5&TImes;（100+820）／820=2.80（v），这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计（单节镍氢充电电池充满后电压约为1.40V）。

2.大电流充电

（1）工作原理

接入电源，电源指示灯LED（VD2）点亮。装入电池（参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中），当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V（假设开始充电时电池电压约为2.5V），而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流（注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V）。

（2）充电的指示

首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref，R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。

其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2《《R16，所以输入IC1-4的12脚电压基本上略低于电池电压，

显然它更低于其l3脚电压因此，IC1-4输出稳定的低电平。结合上面的讨论，我们可以看出，加在R12和VD3通路一端为频率固定的方波电压，另一端为稳定的低电平，因此，发光二极管VD3会周期性点亮，给人一闪一闪的感觉。

最后看IC1-1的工作情况：当IC1-2输出低电平时，显然IC1-1的3脚为低电平，而其2脚通过R1接Vref所以，IC1-1也输出低电平。结合上面的讨论，我们可以看出，R11和VD5两端电压差为零，因此，VD5（饱和指示）不能点亮！

另外，由于IC1-1输出低电平，无论IC1-3的9脚电压如何变化（电容充、放电在该脚形成三角波电压）都不会受IC1-1输出的影响—因为IC1-3的9脚电压（要么高到V+，要么低到V-）始终高于IC1-1的输出，VD6反偏截止！所以，这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3闪烁，指示电池充电正常；VD5不亮。

3.小电流充电

当充电一段时间后，电池电压慢慢上升到接近Vref时，IC1-2输出电压慢慢上升，于是，流过R7的电流慢慢减小，即流经VT1基极的电流慢慢减小，因此VT1输出的电流也会慢慢减小，但电池电压还会持续不断地缓慢上升，当电池电压几乎等于Vref时，IC1-2会输出较高电压，这时IC1-1的3脚电压高于2.8OV（反相端2脚的输入端电压），比较器翻转输出高电平。该电压有两个作用：一方面会使VD5正偏导通被点亮（此时，IC1-4输出还是低电平），指示充电饱和；另一方面VD6也正偏导通，而R17很小，实际上是强制C2上端为高电平，所以IC1-3的9脚电压高于10脚电压，IC1-3被强迫输出低电平，VD3因无正偏压而熄灭。

虽然，从外在的表现看充电灯熄灭，饱和灯点亮在某一时刻瞬间转换完成，但是实际上充电过程却是逐渐过渡的：当电池电压远低于Vref时持续大电流充电，当电池电压接近于时充电电流慢慢减小，直至逐渐充电趋近零——即使饱和灯点亮时，小电流充电仍在继续！所以这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3不亮；VD5点亮（饱和指示，小电流充电）。
 

镍氢电池充电器设计方案（四）

镍氢电池充电器设计方案（五）

充电电路会产生温升，特别是大电流充电时充电电路和可充电池温升更高。LTC4060外接热敏电阻可以检测充电温度，从而避免过热充电。LT4060带温控的2A镍氢电池充电器如图。

RT与LT4060内部电路构成温度检测电路，RT为负温度系数的热敏电阻，可以选择在45℃时阻值为lOkn的热敏电阻，紧贴于电池的表面上。当温度比较高时，LT4060会自动降低充电电流，当温度升高到55℃时，充电自动停止。

LED1为充电指示灯，LED2为“充电满”指示灯。⑦脚设置最大充电电流，，Ⅲ。=1395/R，⑧脚设置最高充电电压。LT4060充电电流为o_4—2A，电源电压范围为4.5N10V。它可以对镍氢、镍镉可充电电池进行充电。