一种锌镍电池充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种锌镍电池充电电路。


背景技术：

2.目前镍镉和镍金属氢化物化学(镍镉nige电池和镍氢nimh电池)充电电池已成功地商业化，广泛用于各类应用，但目前这些技术已达到技术上的极限。常见的镍镉充电电池最不环保，也存在记忆效应，已经基本淘汰；nimh电池虽然没有记忆效应和剧毒问题，但存在钝化现象(高自放电)，对环境温度要求也较为苛刻。同时这两种电池的电压较低，均为1.2v，不太适合大多传统1.5v电池应用产品。
3.镍和锌都是相对容易找到的金属。相比镍氢电池需要大量的稀土材料，镍锌电池需要的除了镍外主要就是锌，锌比稀土容易找到。
4.镍锌电池电压高。与过去的充电电池相比它的电压达到1.6v。比镍氢电池的1.2v要高得多，更适用于传统的使用1.5v电池的电器。它可以使闪光灯回电更快。使数码相机充分用完其电量。而很多镍氢电池用在数码相机上仅使用了30％的电量就低电关机了。例如aa型号的镍锌电池的容量只有1300mah左右，但是，它的放电能量已经达到8300焦耳以上,与目前最优秀的镍氢电池(放电能量大约在9000焦耳左右)相比，差别并不大。
5.由于人们对环境问题的关注，锌镍电池作为一种清洁能源相当大的优势。随着技术的进步，锌镍电池中原来存在的问题基本都得到了有效的解决。锌镍电池具有工作电压高、能量密度高、安全性好、成本低等优点，作为动力电池优势明显，是铅酸电池理想的替代品。同时在替代一次碱性电池、镉镍和氢镍电池方面也具有很明显的优势，已引起投资者的巨大兴趣，目前国内锌镍电池生产已经产业化。
6.目前国内锌镍电池研究与试产的企业主要存在以下问题:1、电池寿命短，一般在 100～200cycles；2、电极的变形；3、锌极的腐蚀与溶解；4、锌枝晶的生长过快；5、过充的控制；具体产生的原因:1、材料选择不当；2、添加剂的选择与量控制不合理；3、隔膜选择不当；4、工艺不合理；5、充电模式不合理。
7.关于镍锌电池的安全电压范围，其充电器满电压1.9v，最低安全电压为1.2v，即1.2v～ 1.9v。在实际使用中，如果电池过充过放都会导致导致电池失效或损坏。
8.tl431/432是一款高性价比的常用分流式三端精密可编程基准电压源，有很广泛的用途。通俗的说就是用来生成一个非常稳定的基准电压源，例如在进行电压采集的时候，如果参考电压不够稳定，收到电网的干扰，就会导致测量的结果有误差，这时候就需要一个很稳定的参考电压源。市面上有很多类似的电压基准芯片，但是tl431/432的性价比很高，所以使用的很广泛,同时有很多芯片厂家都出品功能和管脚兼容的产品。
9.因此，需要以上综述，镍锌充电电池是一种绿色环保、使用范围更广，是传统一次性电池盒镍镉、镍氢充电电池最新替代品，并得到国家的支持和认可。但其充电控制电路要求更高，循环次数、使用寿命、充电容量等指标均取决于充电过程精密控制。同时充电器的成本也决定了器市场普及程度。


技术实现要素：

10.本实用新型要解决的技术问题是提供高效、精密、低成本的一种锌镍电池充电电路。
11.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种锌镍电池充电电路，包括充电电源vin、三端可调精密基准电压源ic1、三极管t1和电池b1；
12.充电电源vin连接第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端与三极管t1的集电极连接；
13.控制电压vc连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与三极管t1的基极连接；
14.三极管t1的发射极分为两路，一路与电池b1的正极连接，另一路与第三电阻r3一端连接；第三电阻r3另一端连接三端可调精密基准电压源ic1的参考端r，同时连接第四电阻 r4一端；第四电阻r4另一端连接三端可调精密基准电压源ic1的阳极c；
15.电池b1的负极与三端可调精密基准电压源ic1的阳极c连接；三端可调精密基准电压源ic1的阴极a与三极管t1的基极连接。
16.作为对本实用新型一种锌镍电池充电电路的改进：
17.所述控制电压vc为外部输入的电压。
18.作为对本实用新型一种锌镍电池充电电路的改进：
19.所述控制电压vc为充电电源vin的电压。
20.作为对本实用新型一种锌镍电池充电电路的改进：
21.还包括并联设置的二极管d1和电阻r5。
22.作为对本实用新型一种锌镍电池充电电路的改进：
23.所述控制电压vc连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与并联设置的二极管d1和电阻r5的一端连接；
24.所述三端可调精密基准电压源ic1的阴极a与并联设置的二极管d1和电阻r5的一端连接；
25.所述二极管d1和电阻r5的另一端与三极管t1的基极连接。
26.作为对本实用新型一种锌镍电池充电电路的改进：
27.还包括并联设置的二极管d1和电阻r5；
28.所述三极管t1的发射极与并联设置的二极管d1和电阻r5的一端连接；
29.所述并联设置的二极管d1和电阻r5的另一端分为两路，一路与电池b1的正极连接，另一路与第三电阻r3一端连接。
30.本实用新型一种锌镍电池充电电路的技术优势为：
31.现有的一般充电电流，采用一个专用芯片，充电过程中由于芯片自身功耗较大，芯片发热较大；而基准电压受温度影响较大，从而使芯片的输出电压精度误差较大，不能满足锌镍电池的充电电压精度要求。
32.本电路将电压反馈调节电路(三端可调精密基准电压源ic1、第三电阻r3和第四电阻 r4)、输出电流控制电路(三极管t1)和限流电路(第二电阻r2)分开，工作过程中功耗较大发热严重的是三极管t1和第二电阻r2，三端可调精密基准电压源ic1不受影响，从而保证输出电压精度始终保持再允许范围内。
33.本电路所有器件均为通用器件，易采购、成本低。
34.本电路电路简单，但又同时实现了恒流和恒压两种充电模式，既满足电池电压低时快速充电但又限制最大充电电流，又满足电池将充满时恒压涓流充电但不过压的要求。
35.通过改变器件参数，本电路也可应用于镍镉电池、镍氢电池、锂电池的充电，同时精度更高，能更好的保护电池、更好的发挥电池的性能。
附图说明
36.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
37.图1是本实用新型一种锌镍电池充电电路在实施例1中的电路结构示意图；
38.图2是本实用新型一种锌镍电池充电电路在实施例2中的电路结构示意图；
39.图3是本实用新型一种锌镍电池充电电路在实施例3中的电路结构示意图；
40.图4是本实用新型一种锌镍电池充电电路在实施例4中的电路结构示意图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。
42.实施例1、一种锌镍电池充电电路，如图1所示；包括充电电源vin、三端可调精密基准电压源ic1、三极管t1和电池b1；
43.充电电源vin连接第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端与三极管t1的集电极连接；
44.控制电压vc连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与三极管t1的基极连接；
45.三极管t1的发射极分为两路，一路与电池b1的正极连接，另一路与第三电阻r3一端连接；第三电阻r3另一端连接三端可调精密基准电压源ic1的参考端r，同时连接第四电阻 r4一端；第四电阻r4另一端连接三端可调精密基准电压源ic1的阳极c；
46.电池b1的负极与三端可调精密基准电压源ic1的阳极c连接；三端可调精密基准电压源ic1的阴极a与三极管t1的基极连接。
47.充电电源vin，通过第二电阻r2和三极管t1后向电池b1充电。
48.控制电压vc，当控制电压vc的电压为高时，充电电路工作，给电池充电；控制电压vc 的电压为低时，停止向电池充电。
49.当控制电压vc为高时，三极管t1导通，供电电源vin通过限流第二电阻r2和三极管 t1，向电池b1充电。
50.本实用新型的工作原理是：请参阅图1；
51.三端可调精密基准电压源ic1、第三电阻r3、第四电阻r4和三极管t1构成充电电压反馈控制电路：
52.三极管t1基极的电压等于控制电压vc与三端可调精密基准电压源ic1的正极a的电压之和。
53.当三极管t1发射极电压(即输出电压)高于设定值时，输出电压经第三电阻r3和第四电阻r4分压后送入三端可调精密基准电压源ic1的参考端r，该电压与三端可调精密基准电压源ic1内部基准电压比较后，降低三端可调精密基准电压源ic1的正极a的电压，即三极管t1基极的电压，从而使三极管t1的导通电流减小，使三极管t1发射极电压(即输出电压)
降低；
54.反之，当三极管t1发射极电压(即输出电压)低于设定值时，输出电压经第三电阻r3 和第四电阻r4分压后送入三端可调精密基准电压源ic1的参考端r，该电压与三端可调精密基准电压源ic1内部基准电压比较后，提高三端可调精密基准电压源ic1的正极a的电压，即三极管t1基极的电压，从而使三极管t1的导通电流增大，使三极管t1的发射极电压(即输出电压)提高；从而使输出电压维持在设定范围内。
55.当被充电电池b1的电压低于设定电压范围下限时(例如1.7v)，通过上述调节过程，使三极管t1的输出电流增大，给电池b1的充电电流加大，同时造成三极管t1的集电极和发射极之间导通电压减小，当三极管t1的集电极和发射极之间导通电压减小到一定程度就不能再减小(严格控制充电终止电压不超过1.9v)，即三极管t1输出饱和时，这时输出的充电电流就受限于供电电压vin和限流第二电阻r2，使充电电流保持不再增加，相当于恒流充电模式。
56.当被充电电池b1的电压达到设定电压范围内时，通过上述调节过程，使三极管t1处于放大工作状态，始终维持输出输出电压不变，而基于电池自身特性，充电电流会逐渐减小，使电池处于恒压涓流充电模式。
57.本实用新型以三端可调精密基准电压源ic1作为电压基准和电压反馈控制电路；三端可调精密基准电压源ic1为三端电压可调基准电压源(例如tl431、tl432等兼容芯片)；以受三端可调精密基准电压源ic1控制的三极管t1作为输出电流控制电路；三极管t1为npn 型三极管；以连接在输入电源vin和三极管t1集电极之间的第二电阻r2作为限流控制电路。
58.电压小于1.7v以下时，可以以恒定大电流充电，以实现快速充电，但此时电流应根据电池规格限制在一定范围内，防止电池损坏；当电池电压回升到1.7v以上时，应减小充电电流，同时检测电池电压，严格控制充电终止电压不超过1.9v，相当于精密的恒压充电过程直至充满电量。
59.实施例2、一种锌镍电池充电电路，如图2所示，本实施例可直接使用，当充电过程不需要外部控制时，只需将控制电压vc接到输入电源vin即可。
60.取消控制电压vc，充电电源vin连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与三极管t1的基极连接，其余等同于实施例1。
61.由充电电源vin的电压，代替控制电压vc。三极管t1基极的电压等于充电电源vin的电压与三端可调精密基准电压源ic1的正极a的电压之和。
62.实施例3、一种锌镍电池充电电路，如图3所示，增加了并联设置的二极管d1和电阻 r5；
63.控制电压vc连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与并联设置的二极管d1和电阻r5 的一端连接；
64.三端可调精密基准电压源ic1的阴极a与并联设置的二极管d1和电阻r5的一端连接；
65.二极管d1和电阻r5的另一端与三极管t1的基极连接。
66.其余等同于实施例1。
67.实施例4、一种锌镍电池充电电路，如图4所示，增加了并联设置的二极管d1和电阻r5；
68.三极管t1的发射极与并联设置的二极管d1和电阻r5的一端连接；
69.并联设置的二极管d1和电阻r5的另一端分为两路，一路与电池b1的正极连接，另一路与第三电阻r3一端连接；
70.其余等同于实施例1。
71.最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。