鎳氫電池的工作原理鎳氫電池充電特性曲線如圖1所示。當恒定電流剛充入放完電的電池時，由于電池内阻産生壓降，所以電池電壓很快上升（A點）。此後，電池開始接受電荷，電池電壓以較低的速率持續上升。在這個範圍内（AB之間），電化學反應以一定的速率産生氧氣，同時氧氣也以同樣的速率與氫氣化合，因此，電池内部的溫度和氣體壓力都很低。

1.2v鎳氫電池充電電路圖（一）自制充電器用LM324的4個運算放大器作為比較器，用TL431設置電壓基準，用S8550作為調整管，把輸入電壓降壓，對電池進行充電，其原理電路見圖。其特點是電路簡單、工作可靠、無需調整、元器件

容易購買等，下面分幾個部分進行介紹。

1.基準電壓Vref形成

外接電源經插座X、二極管VD1後由電容C1濾波。VD1起保護作用，防止外接電源極性反接時損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準電壓Vref，根據圖中參數Vref=2.5×（100 820）／820=2.80（v），這個數據主要是針對鎳氫充電電池而設計（單節鎳氫充電電池充滿後電壓約為1.40V）。2.大電流充電

（1）工作原理接入電源，電源指示燈LED（VD2）點亮。裝入電池（參考圖片，實際上是用導線引出到電池盒，電池裝在電池盒中），當電池電壓低于Vref時，IC1-1輸出低電平，VT1導通，輸出大電流給電池充電。此時，VT1處于放大狀态-這是因為電池電壓和-VD4壓降的和約為3.2V（假設開始充電時電池電壓約為2.5V），而經VD1後的電壓大約5.OV，所以，VT1的發射極－集電極壓差遠大于0.2V，當充電電流為300mA時，VT1發熱比較嚴重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适當增大基極電阻以減小充電電流（注：由于LM324低電平驅動能力較小，實測IC1-2，IC1-4輸出低電平并不是0V，而是約為0.8V）。

（2）充電的指示首先看IC1-3的工作情況：其同相端1O腳通過R13接Vref，R14接成正反饋，反相端9腳外接電容，并有一負反饋通路，所以，它實際上構成了滞回比較器。剛開始時C2上端沒有電壓，則IC1-3輸出高電平。這個高電平有兩個放電通路，一個通路是通過R14反饋到10腳，另一通路是經電阻R15對電容C2充電，當充電的電壓高于10腳電壓V 時，比較器翻轉輸出低電平；與此同時，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即下跳到V-，這時，電容C2通過電阻R15放電，當放電的電壓小于10腳電壓V-時，比較器再次翻轉輸出高電平，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即上跳到V ，此後電路一直重複上述過程，因此，IC1-3的輸出為頻率固定的方波信号。其次看IC1-4的工作情況：電池電壓經R2、R16分壓，接IC1-4的12腳，因為R2《《R16，所以輸入IC1-4的12腳電壓基本上略低于電池電壓，顯然它更低于其l3腳電壓因此，IC1-4輸出穩定的低電平。結合上面的讨論，我們可以看出，加在R12和VD3通路一端為頻率固定的方波電壓，另一端為穩定的低電平，因此，發光二極管VD3會周期性點亮，給人一閃一閃的感覺。最後看IC1-1的工作情況：當IC1-2輸出低電平時，顯然IC1-1的3腳為低電平，而其2腳通過R1接Vref所以，IC1-1也輸出低電平。結合上面的讨論，我們可以看出，R11和VD5兩端電壓差為零，因此，VD5（飽和指示）不能點亮！另外，由于IC1-1輸出低電平，無論IC1-3的9腳電壓如何變化（電容充、放電在該腳形成三角波電壓）都不會受IC1-1輸出的影響—因為IC1-3的9腳電壓（要麼高到V ，要麼低到V-）始終高于IC1-1的輸出，VD6反偏截止！所以，這種狀态下，三隻指示燈的工作情況分别為：VD2點亮，指示電源正常；VD3閃爍，指示電池充電正常；VD5不亮。

3.小電流充電

當充電一段時間後，電池電壓慢慢上升到接近Vref時，IC1-2輸出電壓慢慢上升，于是，流過R7的電流慢慢減小，即流經VT1基極的電流慢慢減小，因此VT1輸出的電流也會慢慢減小，但電池電壓還會持續不斷地緩慢上升，當電池電壓幾乎等于Vref時，IC1-2會輸出較高電壓，這時IC1-1的3腳電壓高于2.8OV（反相端2腳的輸入端電壓），比較器翻轉輸出高電平。該電壓有兩個作用：一方面會使VD5正偏導通被點亮（此時，IC1-4輸出還是低電平），指示充電飽和；另一方面VD6也正偏導通，而R17很小，實際上是強制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓，IC1-3被強迫輸出低電平，VD3因無正偏壓而熄滅。雖然，從外在的表現看充電燈熄滅，飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉換完成，但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的：當電池電壓遠低于Vref時持續大電流充電，當電池電壓接近于時充電電流慢慢減小，直至逐漸充電趨近零——即使飽和燈點亮時，小電流充電仍在繼續！所以這種狀态下，三隻指示燈的工作情況分别為：VD2點亮，指示電源正常；VD3不亮；VD5點亮（飽和指示，小電流充電）。

反饋信弓^L3W電流取樣電毗R孵的兩端接到運算放大器的兩個輸人端，該信号j△使流dRsc的電流保持水坐輸出電流的計算公式如下：lout=（VLn/Rsc）（R:/Ri）選取RfR4-Ikn，Ri:RilOOkn．Rsc=0，25n。這樣，當輸入電壓為6、25V時，能給出2.5A的輸出電流。Ri-Ra是誤差1%，0.25W的電阻，且運放應固定在散熱器上。

充電電路會産生溫升，特别是大電流充電時充電電路和可充電池溫升更高。LTC4060外接熱敏電阻可以檢測充電溫度，從而避免過熱充電。LT4060帶溫控的2A鎳氫電池充電器如圖。

RT與LT4060内部電路構成溫度檢測電路，RT為負溫度系數的熱敏電阻，可以選擇在45℃時阻值為lOkn的熱敏電阻，緊貼于電池的表面上。當溫度比較高時，LT4060會自動降低充電電流，當溫度升高到55℃時，充電自動停止。LED1為充電指示燈，LED2為“充電滿”指示燈。⑦腳設置最大充電電流，，Ⅲ。=1395/R，⑧腳設置最高充電電壓。LT4060充電電流為o_4—2A，電源電壓範圍為4.5N10V。它可以對鎳氫、鎳镉可充電電池進行充電。 1.2v鎳氫電池充電電路圖（五）單隻鎳氫電池電壓為1.25V，充電時最高為有1.55V，它不宜使用高于3V的直流電源為其充電。将電源變壓器輸出為交流3.5V的雙繞組作全橋整流可得到正負3.5V直流電，以負端輸出作為零電平，中點即成為 3.5V可作給鎳氫電池充電的直流電源，正端輸出則成為 7V可作控制電路的工作電源。非滿載輸出狀況時，中點電平約為4.9V，正輸出端約為9.8V。滿載輸出狀況時，中點電平為3V，正輸出端約為7.9V。控制電路所使用的COMS門電路CC4093和通用四運放LM324均可在6V～12V之間正常工作。

參見原理圖，U1是内置電壓比較器的穩壓集成電路TL431，可提供2.5V精密基準電壓。經R7～R10四隻電阻串聯分壓，分别為U2a、U2b、U2c三隻電壓比較器提供1.54V、1.25V、1.15V比較電壓。U2a的負輸入端與U2b、U2c的正輸入端共同接在鎳氫電池正端上，對電池兩端電壓進行檢測。電池電壓高于1.54V時U2a輸出低電平，電池電壓低于1.54V時U2a輸出高電平；電池電壓高于1.25V時U2b輸出高電平，電池電壓低于1.25V時U2b輸出低電平；電池電壓高于1.15V時U2c輸出高電平，電池電壓低于1.15V時U2c輸出低電平。U2d的負輸入端接在2.5V基準電壓上，正輸入端通過R24電阻接中點電源上。與此同時，U2d正輸入端通過C3電容接在鎳氫電池正端上，在沒有放入電池或通電數秒種後，U2d輸出高電平。在電池已經放入電路中的狀況下接通電源，U2d正輸入端被C3電容暫時短路接在鎳氫電池正端上，電平不大于1.5V，U2d輸出低電平；經過約1秒鐘後，C3電容被充電，U2d正輸入端電平高于2.5V，U2d輸出高電平。如果放入的是沒有放完電可以繼續使用的電池，U2c将檢測出電池的兩端電壓高于1.15V，輸出高電平。在U2d尚輸出低電平的時候，由與非門U3c、U3d組成的RS觸發器将被置成U3c輸出低電平，U3d輸出高電平。1秒鐘後U2d輸出高電平，U3c、U3d的輸出狀态被保持不變。發光管LED4發紅光顯示電池不需要充電。而U3c輸出低電平使BG1截止，與非門U3a輸入端同時被封鎖輸出高電平，與非門U3b輸出低電平，功率場效應管BG2截止。隻有經過R1的約30mA電流給電池作涓流維持性充電。如果放入的是放完電的電池，U2c将檢測出電池兩端電壓低于1.15V，輸出低電平。在U2d尚輸出低電平的時候，由與非門U3c、U3d組成的RS觸發器将被置成U3c與U3d都輸出高電平。但在1秒鐘後，U3d改為輸出低電平，U3c繼續保持輸出高電平。發光管LED3發綠光指示電池需要充電。此時，U2b輸出低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應管BG2截止。但U3c輸出高電平使BG1導通，經R2提供約100mA電流和經過R1的30mA電流一起給電池作小電流充電。電池開始充電後，在電池電壓高于1.15V、低于1.25V期間，U2c的輸出狀态翻轉為高電平。但U3c、U3d的輸出狀态保持不變，U3c繼續輸出高電平，BG1導通。因U2b的輸出狀态還是低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應管BG2截止。仍然隻經R2提供約100mA電流和經過R1的30mA電流一起給電池作小電流充電。經過一段時間小電流充電後，電池電壓高于1.25V、低于1.54V，電壓比較器U2a、U2b都輸出高電平，此時U3c也繼續輸出高電平，從而使U3a輸出低電平，U3b輸出高電平，功率場效應管BG2導通，經R3提供不小于500mA電流和經過R2提供的100mA電流以及經過R1提供的30mA電流一起給電池作大電流充電。此時LED1發綠光顯示正處于大電流充電狀态，LED3綠發光管熄滅。發光管LED2也熄滅。在經過一段時間大電流充電，電池已經充足電，電池電壓高于1.54V時，U2a輸出低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應管BG2截止。LED1熄滅，LED2發光。與此同時，U3b從高電平翻轉為低電平，将通過C2電容和R13構成的微分電路将U3d輸入端短暫置為低電平，從而使U3b輸出端從低電平翻轉為高電平。LED4發光顯示電池已經充足電。U3a的輸出端随之從高電平翻轉為低電平，LED3熄滅，BG1也截止，隻有經過R1的30mA電流繼續給電池充電。若繼續進行涓流充電，電池電壓将從1.55V降低至1.5V，U2a與U2b的輸出端都将輸出高電平，但此時U3a輸入端已經被U3c封鎖隻能輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應管BG2繼續保持截止，隻有經過R1的30mA電流繼續給電池作涓流充電。取出電池後或在沒有放入電池的狀況下接通電源，連接電池正端的E點電平為中點電位高于1.55V，U2a輸出低電平，BG3截止，LED3和LED4都不發光。此時U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，LED2發紅光指示電路處于通電工作狀态，LED1不發光。再放入電池，即刻重複上述自動檢測充電過程。其中，LED1與LED2、LED3與LED4可分别合用一隻雙色發光管。接通電源後，LED1與LED2總有一隻發光。LED3與LED4必須放有電池才發光，因此可以判斷電池是否放入并且沒發生接觸不良現象。

圖所示是攝像機7.2V、2700mAh的鎳氫電池（6節串聯）充電器電路。在充電器接通電源和充電過程中，紅光LED亮；在電池充滿電時，綠光LED亮。RP1、R2、R3、R4、VT1組成可調恒流源（VT1為達林頓晶體管），調節RP1可使充電電流從0到1A連續變化。R6、RP2、R7、C2、VT2和J組成電壓檢測電路，在充電過程中當電池電壓升至設定值時，VT2飽和導通，J得電吸合，觸點JK；轉換位置，使VT1失去偏壓而截止，綠光LED亮，指示已充滿電。同時JK2也轉換位置，使R5接入充電回路對電池組進行約100mA的涓流充電。鎳氫電池的涓流充電電流一般為其容量的2％，鎳镉電池的涓流充電電流一般為其容量的1/16。

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