本應用筆記概述了鎳鎘（NiCd）、鎳氫（NiMH）和鋰離子（Li-Ion，Li+）可充電電池，討論了它們的特性，并解釋了如何在不使用監控微控制器的情況下，在獨立配置中安全地快速充電鎳氫和鋰離子可充電電池。

介紹

可充電電池是當今產品的標準電源，尤其是筆記本電腦、手機和數碼相機等便攜式電器。即使功率水平在下降，可充電電池消耗的絕對電量也在上升。原因有幾個：功能的持續集成（例如帶有數碼相機的手機），筆記本電腦的更高計算速度以及大型彩色顯示器的便利性。由于便攜式設備的這種高功耗，使用可充電電池變得比使用標準電池更具成本效益。更重要的是可充電電池的環境效益。使用可充電電池極大地減少了傾倒到我們環境中的有害物質的數量、材料的消耗以及生產等效的非可充電電池所需的能量。

本應用筆記概述了可充電電池化學成分;它詳細介紹了它們的典型特性和選擇電池類型的重要考慮因素。然后，本文介紹如何在獨立配置中安全地快速充電鎳氫和鋰離子可充電電池，而無需使用微控制器或電源浪涌保護電源適配器。

可充電電池類型

1980 年代中期的便攜式電器（如 DECT 電話、盒式磁帶播放器和電動剃須刀）主要由鎳鎘 （NiCd） 可充電電池供電。鎳氫（NiMH）和鋰離子（Li-Ion）可充電電池后來出現，在九十年代末出現在大眾市場上。

鎳鎘電池在低成本應用中特別受歡迎，因為它們比鎳氫和鋰離子電池便宜。由于NiCd提供最高水平的放電電流，因此它們也用于需要在短時間內提供高功率的應用。

另一方面，鎳鎘電池曾經遭受所謂的記憶效應（現代鎳鎘很少這樣做），這降低了電池容量。如果這種鎳鎘電池在完全放電之前充電，一些活性材料（陽極鎘側高達100μm）仍未使用并開始結晶，從而從化學作用中去除自身。 （新電池陽極處的鎘晶體厚度約為一微米。

由此產生的存儲器效應會產生容量較低、端電壓較低的電池，導致鎳鎘電池比預期更快地達到最小可用端電壓（關斷點）（圖 1）。鎳鎘電池的另一個缺點是其活性材料中的有毒鎘（Cd）。這些早期類型的鎳鎘電池在處理有缺陷的電池時被證明是一種生態和經濟負擔。因此，歐洲法規 2000/53/EG 禁止銷售鎳鎘充電電池，自 31 年 2005 月 <> 日起生效。

鎳氫電池比鎳鎘電池更環保，但它們的成本也更高。它們的放電電流較低，但它們受到惰性效應的影響，這是鎳鎘電池中記憶效應的較弱版本。惰性效應是由一部分鎳的結晶引起的。與記憶效應一樣，惰性效應會阻止充分利用可充電電池中的容量;但是，使用具有放電功能的充電器可以避免這兩種影響。

圖1.NiCd的記憶效應和NiMH的懶惰效應的比較。

鋰離子可充電電池更昂貴，但它們具有更高的能量密度，因此可以為給定尺寸提供更高的性能。反過來，這種能力使它們適用于小型、高度便攜的設備。

表1概述了每種電池類型的主要特性。

用于鎳氫充電電池的獨立快速充電器

即使對于那些喜歡鋰離子電池的人來說，鎳氫電池也很受歡迎，因為它們比鋰離子電池便宜得多，并且它們有標準 AA 和 AAA 尺寸，常見于 MP3 播放器、閃光燈附件和循環燈等設備中。

NiMH可充電電池的溫度和端電壓隨著電池充電而穩定上升，然后在電池充滿電后突然變化（圖2）。因此，NiMH充電器的主要任務是識別這個拐點并中斷充電，或者它可以從快速充電切換到涓流充電。此外，對溫度和電壓的持續、獨立（二次）監控可提高充電過程中的安全性。

圖2.這些曲線顯示了為NiMH可充電電池充電時電壓（頂部）和溫度（底部）的典型時間變化。

DS2711/DS2712系列充電器具有這些功能。此外，它們獨立工作，因此不需要微控制器或微處理器的監督。它們設計用于為單個標準 AA 或 AAA 可充電電池或一對串聯或并聯配置的電池充電。DS2711用作線性控制器，DS2712用作開關控制器。為了最大限度地延長其使用壽命并節省電池，這些充電器有四種充電模式：預充電、快速充電、浮充和維護（涓流）充電。例如，在浮充模式下，電池充滿電后不久，充電速率將切換到較低的速率（DS25為2711%）。

除了上述監視功能外，DS2711/DS2712充電器還具有內部定時器，可通過將外部電阻連接到TMR引腳來設置最長充電時間（例如，快速充電模式下為0.5至10小時）。然后，充滿充電時間（0.25 至 5 小時）是已設置的最大充電時間長度的一半。電阻值與所需充電時間的近似值（T約） 是

R = 1000TAPPROX/1.5

如果在快速充電模式下超過最大充電時間，充電器將從快速充電切換到浮充并重置計時器。然后，定時器倒計時浮充充電時間。如果超過此值，充電器將從浮充模式切換到維護（涓流充電）模式（圖 3）。

圖3.在該標準應用電路中，DS2711電池充電器IC為兩節串聯的NiMH可充電電池充電。

連接器 VP1 和 VP2 監控電壓;THM1 和 THM2（在熱敏電阻的幫助下）監控每個可充電電池的充電溫度。終端 TMR（定時器）和 R社交網絡（傳感器電阻）用于設置充電時間和充電電流。DS2711/DS2712充電器的另一個特性是檢測要充電的電池是否有故障，或者是否意外地在充電器中安裝了原堿性電池而不是可充電電池類型。如果是這樣，充電器將關閉。這是一個重要的功能，因為堿性電池的充電會導致電池泄漏，產生危險液體和/或氣體。氣體有毒，流體與周圍環境發生反應，經常損壞電路和/或設備外殼。

如何檢測堿性電池？

新型高容量NiMH可充電AA電池的典型內阻在30mΩ至100mΩ之間，堿性電池的典型內阻通常在200mΩ至300mΩ之間（但高達700mΩ，具體取決于其充電狀態）。有故障的可充電電池具有更高的內阻。因此，DS2711/DS2712充電器利用測得的電池電壓（VP1和VP2）和已設定的充電電流計算待充電電池的內阻。

CTST引腳（用于電池測試，設置閾值）控制電池阻抗的測量。VCTST是充電期間的電池電壓減去沒有充電電流的電池的開路電壓（OCV）之間的差。該值等于充電電流乘以電池阻抗的乘積。除非感測引腳（VP1、VP2和VN1）是開氏連接到電池的，否則還會測量接觸電阻，并且在設置VCTST時必須考慮接觸電阻。用于計算外部電阻器RCTST的值的公式為：

RCTST = 8000 [V2/A]/VCTST, where VCTST = ICHARGE × RCELL

例如，當以C / 2200速率（2.1A）為1mAh鎳氫電池充電并選擇R細胞= 150mΩ 作為電池抑制電阻閾值，VCTST將是：

VCTST = ICHARGE × RCELL = 1.1A × 150mΩ = 0.165V

或者

RCTST= 8000 [V2/A]/0.165V = 48，485Ω
（最接近的標準 1% 值為 48.7kΩ）

如果 VCTST超過電平（在本例中>0.165V），表示內部電池電阻加接觸電阻高于150mΩ，IC置位邏輯或光學錯誤信息（LED1、LED2）并停止充電過程（圖4）。

圖4.該流程圖說明了圖3中IC實現的充電過程。

用于鋰離子充電電池的獨立快速充電器

為鋰離子充電電池比為鎳氫電池充電更簡單，因為無需監控電壓變化率 （dV/dt）。此外，由于鋰離子可充電電池對過電壓的反應靈敏，因此充電過程需要4.2V±50mV的精確電源，并具有恒定的充電電流。對于鎳氫電池，充電器應具有二次監控功能（溫度、定時器）以及初級電壓監控功能。

MAX8601為用于鋰離子電池的獨立充電器，具有內部控制的電壓源V。巴特，在+4°C時測量2.0V±021.25V，或在4°C范圍內測量2.0V±034.40V，.<>V<>.<>V。充電器可以在通過V為鋰離子電池充電時保持恒定的輸出電流巴特連接（圖5）。外部電阻器（在SETI引腳上）和一個外部電容器（在CT引腳上）設置充電電流和內部定時器。充電器還使用NTC電阻來監控可充電電池的溫度。

圖5.MAX8601鋰離子電池獨立充電器的標準應用電路

MAX8601充電器的一個主要優點是能夠通過外部電源適配器（直流引腳）或USB端口為電池充電（圖6）。USB 端口提供 100mA 或 500mA（典型 USB 輸出電流）的充電電流，具體取決于 USEL 引腳的設置。芯片自動選擇外部電源（電源適配器或USB），如果兩個電源都可用，則通過電源適配器為電池充電。任一電源的最小電壓必須為 4.5V。通過USB端口充電的能力節省了外部電源模塊的成本。電力磚通常體積龐大且能源效率低下。

MAX8601采用控制算法優化鋰離子電池充電，包括低電池預充電、限壓限流快速充電和浮充。它還具有上電復位功能，并持續監控電池的過壓、過熱/欠溫和充電時間。充電時的過壓、過熱或欠溫情況會永久損壞可充電電池，導致電池容量和壽命降低，甚至電池沒電。最壞的情況可能會導致電池盒泄漏或爆裂。MAX8601確保充電時不會發生損壞，從而最大限度地延長電池壽命并消除潛在的危險條件。

圖6.該流程圖說明了圖5中IC實現的充電過程。

總結

DS2711/DS2712和MAX8601為獨立充電器，其多種監測功能（電壓、功率、溫度和定時器）既不需要微控制器，也不需要電源浪涌保護電源適配器。這兩款器件均提供清晰簡單的外部開關。

審核編輯：郭婷