一机两用锂电池充电系统设计方案

本文提出了一种可带数据显示的一机两用的锂电池充电系统的设计方案。该方案中所设计的充电器既可以对镍镉电池和锂电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式，这是依据电池的不同机理而设计的，真正做到了一机两用，很好的解决了充电系统从技术上设计的难题。

0引言

鉴于市场上镍镉电池和锂电池共存的局面，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式，这是依据电池的不同机理而设计的，真正做到了一机两用，此为该充电器的创新点，也是设计的难点。充电器的宽屏LCD可以同时显示4组充电器的充电状态，也可单独显示一组充电器上电池的各项参数，做到了对电池充电过程的实时监测。

1系统整体设计

系统设计目标是：

1.可同时对4组8.4V的锂离子电池或9.2V的镍镉电池进行充放电。

2.可与电池组中的芯片通信，判断电池的化学性质。

3.对于不同化学性质的电池，将采用相应的充电方式。

4.可与电池组中的芯片通信，得到该电池组的电压、充电电流、容量等参数。

5.充电器带有LCD，可显示电池的各项数据。

该充电器的功能框图如图1所示。

图1系统总体设计的结构图

2系统硬件设计

2.1总控单元的设计与实现

总控单元是由微控制器PIC16F873和键盘控制芯片ZLG7289A构成的。主要任务是负责与各个充电单元通信，并处理用户输入与LCD显示信息。键盘控制芯片在这里负责6个按键和12个LED的控制。

ZLG7289A与微控制器之间通过SPI总线进行双向通信。主控单元每秒查询一次各个充电单元，获取当前充电单元的信息，如有无电池、电池性质、电池电压等。之后由LCD模块向用户显示。

2.2充电单元的设计与实现

TP8002锂离子电池充电控制芯片

TP8002是一款高效独立开关模式锂离子电池充电控制器。该控制器有4.2V和8.4V两个版本。

TP8002-8.4具有500kHz开关频率，是高效电流模式的PWM控制器。通过驱动一个外部P沟道MOSFET，它可以提供4A的充电电流，而效率可高达90%.输出电压设置为8.4V，最终浮动电压并具1%的精度，而充电准确度为5%.此外，该器件可在9V~22V范围内的多种墙上适配器上运行。与迟滞拓扑结构充电器相比，TP8002-8.4的快速运行频率与电流模式架构使之能够使用小型电感器和电容器。

2.3锂离子/镍镉电池两用充电单元的总体设计

从前面对TP8002的分析可知，该芯片是针对锂离子电池的充电控制器，要实现对镍镉电池充电需要解决以下问题：首先，TP8002对电池电压进行监测，保证电池电压不超过8.4V.但对于镍镉电池组，充电截止电压可以达到9.2V.其次，镍镉电池充电即将结束时，需要对电池进行以正常电流30%和10%的涓流充电。所以，第二个需要解决的问题是如何控制恒流充电的电流大小。此外，对镍镉电池充电应使用脉冲充电方式。即以1s为周期，95%的时间用来充电，1%的时间用来放电，其余时间不充电也不放电。最后，如何判断某一个电池是锂离子电池还是镍镉电池，因为若把锂离子电池误判为镍镉电池，会使充电电压高于8.4V，这对锂离子电池是十分危险的，而将镍镉电池误判为锂离子电池，则可能造成电池充电不足。因此，必须保证极低的误判率。

本部分根据TP8002的工作原理，设计了既可以对锂离子电池进行恒流-恒压充电，又可以对镍镉电池进行脉冲式充电的电路。充电单元的总体功能框图如图2所示。其中，信号调理电路使充电器既可以对8.4V的锂电池充电，又可以对9.2V的镍镉电池充电，同时也起到控制充电电流大小的作用。

图2充电单元的总体功能框图

利用微控制器控制TP8002的工作状态，配合放电电路使充电器可以对镍镉电池进行脉冲方式充电。

微控制器通过一定的通信协议（HDQ16）与智能电池通信，确定其容量、化学性质等关键参数。