发一个最近做的简易锂电平衡冲

vilin

原来冲Li电，都是使用稳压电源，简单的加限流电阻，一节一节的冲，太浪费时间了。
参考Li电的充电要求，自己动手做了一个简单的Li电的平衡冲，先满足一下自己的需要，缩短充电时间:em15:

先上电路图：


用万用板搭的实物：




电路的原理，是恒流充电，使用运放检测电池两端的电压，当电压上升到非常接近设定值时，开始控制三极管导通分流，在到达设定值后，充电的电流将全部被分流，从而停止了对电池的充电；这个时候，指示的LED点亮，指示该节电池充电完毕。

不过，这个方式，在电池充满电后，无用功较大，全浪费了:em17::em17::em17:
尽管如此，实现起来，还是比较方便和容易。

图中的JP1是接电池的充电接口，JP2是充电器供电和控制接口。这个电路在设计的时候，已经考虑了电压的显示问题，JP2的2、3、4脚对地电压就是每节电池上的电压，由于电池本身的内阻很小，忽略它的影响，这些脚上的电压，就是每节电池的有效电压了。这样做的目的，是方便诸如使用单片机+AD转换器来显示充电电压的；若无需要，可省掉U1B、U2B、U3B和R4、R12、R21。

图上所有的10K电阻，均需要使用精密电阻，否则控制的电压会产生误差。二级管用的是1N4148，由于我用了绿色的LED，导通（发光）的电压比较高，所以在实物里，我是用了2个4148串联使用。运放也没什么特殊的要求，用LM358即可。三极管，都是用9014和2SD880复合成达林顿方式，用其他型号的管子也可以，注意最大电流和功耗能满足就行了。大功率管（2SD880）需要注意散热，在完全充满电后，它吸收了全部的电流。

简单使用的时候，JP1的1脚接一个+14以上的直流电源，对稳压没有直接的要求，电压波动也最好别太大，主要是担心运放的暂态响应。分别用两个精密微调对经过7805稳压后的+5V分压，微调输出的电压分别接到JP2的6、7脚，其中，6脚的电压，就是每节电池的充电截止电压，如4.20V；7脚的电压控制了恒流充电的电流，用上图的参数，电流为1A/V。（我用的充电电流是0.5A左右，过大的充电电流，对电池不利；如无需要，充电电流稍小点为好，主要是防止电池的发热。）

我用这个电路来冲Li电，大概也有十几个来回了，暂时没发现有不良后果。

:em23::em23::em23:只是要注意，充电时，一定要先加充电器电源，再接电池，并且，在充电时也不能断电，否则，这个电路反而成为电池的负载，大电流放电:em17::em17::em17:

Anyway，这只是一个试验性的，或者说是简易的恒流平衡冲，对于要求不高的用家，也许能用（目前，自用的这个充满电的截止电压分别为4.19V、4.20V、4.26V；主要误差的原因，NND，买回来的精密电阻，误差比普通的还要大！:em11::em11::em11:）；又或，作为对有一定动手能力的爱好者，做个参考。需要改进的地方还很多。

sz_xdy

原帖由 vilin 于 2006-8-9 12:21 发表

:em15:请仔细分析一下。
接在一起的这个点，接到了JP2的5脚，这是充电的恒压设置值（对地而言）。

这个电压，通过运放，分别与每节电池的负极的对地电压相加，控制这一节的电池的正极，在到达这个电压的和值 ...

多谢楼主指教！:em00:原理搞清楚了，当时没看清就给盖棺定论了:em15::em15:

楼主的办法是一个很好的思路，如果加上单片机控制会有很强的实用价值。

最近有点忙,改天我重画一张图用单片机控制DIY试一下充电效果。

djmodel

老大的帖子要顶呀！！

vilin

原帖由 sz_xdy 于 2006-8-9 11:06 发表
R8,R1,R24三个电阻有一端是接在一起:em22::em22::em22:！这样如何实现“串联式分流平衡充”？
原理上行不通:em17::em17::em17:。

:em15:请仔细分析一下。
接在一起的这个点，接到了JP2的5脚，这是充电的恒压设置值（对地而言）。

这个电压，通过运放，分别与每节电池的负极的对地电压相加，控制这一节的电池的正极，在到达这个电压的和值时导通分流三极管，并恒定在这个电压值和值。

sz_xdy

R8,R1,R24三个电阻有一端是接在一起:em22::em22::em22:！这样如何实现“串联式分流平衡充”？
原理上行不通:em17::em17::em17:。

gale

我最早设想是买两个双7.5V的变压器，这是很容易做到的，可以做一个4S平衡充，或者留一个绕组带风扇。后来刚好有机会免费定制，就做了个三7.5V的变压器。定制的这个变压器在三个绕组都输出1A时，电压只有5.5V，因此恒流源不能用LM317，其实我也不喜欢它，我就用了两个二极管加一个三极管再加一个采样电阻的经典简陋恒流源电路。

其实从很久以前就考虑做一个东东来造福大家了，但是实践证明，这不是一个技术问题，还牵涉到采购、销售、包装、售后等各个环节，除了自己做，不可能有又便宜又好用的东西。所以现在只考虑自己做自己用的东东，原先那个分流发热式平衡充虽然能用，但是其发热量让我一直不爽，不然也凑活用了。

这周PCB就到了，到时候可以试试新设计的串联低发热型的平衡充。

vilin

原帖由 gale 于 2006-8-8 11:11 发表
LZ比较坦诚，值得一谈。

1、我也不喜欢LM317做的恒流源，在设计中也改用三极管作为恒流源，事实上这种电路对恒流精度要求根本不高，因此在恒流环节我就没有下本，把钱用到其他方面去吧
2、TL431内部的电压精度 ...

:em15::em15::em15:谢谢gale兄弟关于电压过冲的修改建议，我将严重关注这个问题，至于是否充电至4.20后存放会对电池有害这个问题，目前我暂无结论，有待实践。

:em21:非常同意兄弟的“分流式超级发热平衡充”的称呼，贴切！

对于原线路，还有一个细节，可以解释一下，就是基准问题。对于电压的稳定性，TL431要比7805好很多；原来线路使用了7805，并非本意，只是这个电路作为简易使用的一种临时做法；如果从这个角度考虑恒压的精确性和稳定性，也可以用TL431、甚至是精度更高的基准源的。

作为电压的基准源，若希望它的特性稳定，除了温度问题以外，在线路结构上，需要使它的负载恒定和负载尽量的小，从这个角度来说，使用运放作为TL431的负载和使用双极性三极管作为负载，两者比较，前者会更加有利。

能订做到专用的3组独立输出的变压器，当然的好:em07:
这个方向也曾考虑过，不过，订做变压器，也只有在条件合适的时候才容易实现。市面上这样的变压器也没有现成的，如果直接使用成品变压器，也许就得要3个了:em18:

另外一个角度也曾考虑过，是否使用如SG3524或UC3844做高压开关电源（220VAC输入），又或UC3845的DC/DC，在开关变压器上实现3组独立输出，只是这样做，对实践的各方面要求都比较高，也就不具有普遍的使用意义了，因为这充电器设计的初衷是使用容易找到的器件、方便实施，对器件和组装者的要求也尽可能的低。

现在我考虑的方向，初步定为使用若干MC34063作开关式的可控恒压/恒流电路，依然使用单组电压供电方式，但如何实现，目前还没有成熟的想法。

gale

LZ比较坦诚，值得一谈。

1、我也不喜欢LM317做的恒流源，在设计中也改用三极管作为恒流源，事实上这种电路对恒流精度要求根本不高，因此在恒流环节我就没有下本，把钱用到其他方面去吧
2、TL431内部的电压精度是相当高的，不亚于运放，实质上，其内部集成了电压比较器。当然用三极管就差多了。
3、我倒是没有考虑镍镉镍氢。从目前情况和长远情况看，锂电足够用了。
4、关于发热量问题，我的期望是停充后发热量小，充电时发热量尽量小，因此计划使用串联时稳压恒流控制

我按照上述电路做的分流式超级发热平衡充，已经用了半年了，期间曾经把电压调节到4.20V，实测是4.19多，结果饱电储存坏了至少4组电池！搞得我现在重新买了4组，但是最早我是充到4.15V的，用了好几个月也没有任何问题，这说明这些电池对电压十分敏感，我强烈建议你把4.26改掉，不然肯定会后悔，这种效果会在几个循环后体现，尤其是过压饱电储存后，电池性能下降严重。

顺便说一下，我的新设计是按照3路独立电源设计的，因为我发现，把精力和金钱花在单路电源分配成3路上，不如去定制3路输出的变压器来得便宜和简单！我找朋友做了2个次级3个7.5V 1A绕组的变压器，直接获得3个独立电源，比用DC-DC，或者其他均压电路方便多了，可靠性就不用吹了，至于成本？鱼有鱼路、虾有虾道，就不好说了，但都正规来计算，肯定不贵。

vilin

回9楼兄弟：
的确，这个电路的恒压分流原理是与你说所说的完全相同；并且，确实是在我构思并且着手设计线路时，亦见到你所说的电路及贴子。参考散热的方式，是个好主意，刚好手头也有这类的散热器，于是也就用了类似的散热结构了。

你所说的tl431+npn+lm317结构，亦是比这我这个线路简单一点，这可以从使用元器件数量上，便可知道。

但是，我在搞这个电路的时候，有一个想法，是希望能除完成恒流限压充电外，是否能容易改变，作为冲Ni-cd和Ni-MH的充电器？能否加入MCU进行监视充电电压和控制充电？因此，才有上面的可扩展接口的做法了。

通过对原图的接线做适当的修改（连接到扩充口），可以用MCU经过AD和DA分别对串联电池的每一个都能测到实际的端电压，并且可以分别控制每个电池的限压值和总的充电恒流电流。
这只是一个执行机构。

很遗憾，如果需要用这种方式来准确控制串联电池组的每个电池的充电电流，线路会搞得太复杂了，因此没有实施。如果有需要，也可以把能单独控制充电电流的线路发上来，以供参考。

另外，对于成本问题，我所在的地方，LM358的价钱并不比9014贵多少，还不如880贵呢（9014:0.25，LM358:0.80，2SD880:2.50，均为零售价）；并且手头还有些，所以就直接使用它了。使用运放的好处，相信你也清楚的，它极大的开环增益令其在闭环使用时的运算误差非常的小，这对于恒压控制是很有利的，其控制的精度，就不是几个三极管所组成的放大可以比拟的了。

相对而言，使用运放后的好处，线路调整好后，如果需要改变恒压的值，也只需要改变控制端的电压就成了，这个控制端，在上图是并联的，因而，可以一起改变。

对于其中一节电池充满电压4.26的问题，首先，到目前为止，还没有发现有不良，我用的是3E的电池。对于4.20V来说，0.06V的过冲，只是过了不到1.5%，估计问题不大，也就没有细调了（这都是TMD JS害的，由于图省事，直接用万用板来做，没光刻板子，于是也就不用SMD件了，只好重新买了些引脚的精密电阻，nnd，居然它的误差比普通5%的还要大！也就凑合着挑了几个来用了）。

如你所言，这个电路的自身功耗太大了，尤其是分流回路。用运放+三极管作为恒流电路在这里有一个好处：它能工作时三极管的压降可以比LM317低得多（三极管在电流不是特别大的时候，Vce到0.4~0.5依然可以保持良好线性工作状态，而LM317需要的压降至少得2V，并且，以前的使用经验告诉我，不止2V的，可以到4V），因而在工作时，恒流三极管的发热，可以比LM317做恒流小得多；前提是这个线路用一个合适的稳压电源供电（我用的是13.8-14.6V）。

同时，如果需要较大的充电电流，继续使用LM317，会引起不少的问题。（除散热问题外，317只支持到1.5的电流，如果要更大，得扩流，或者用相同的电路换用LM388了。）

总的来说，由于这个电路的功耗问题，个人认为，作为实践一下，或者是应急使用，可以考虑，但作为长期的设备，甚至定型的产品，并不合适。设计这个电路的其中一个出发点，是使用一组容易找到的电源，为充电器提供能量，毕竟使用多组电源供电这个做法，比较繁琐。

循这个方向，现在要考虑跟你一样，也是减低功耗，减低发热量，这只能使用开关电源电路了。如果用类似的结构，使用开关电源，线路结构会变得更复杂，也更不好控制了，这些都是需要考虑的地方。

回10楼兄弟：
你这个的确是比较简单的线路了，但似乎不是平衡冲吧？
如果作为平衡冲，你得需要3个这样的电路，并且需要3组独立的电源？
如果是这样，单纯从电路上看，这也比LM317+TL431+NPN的结构，至少也不是简单了吧？

不否认这个电路的可用性，但是，单从线路上看，个人以为，有些不妥：至少，用一个1k的电阻对2SD882提供偏流，这样做，从2SD882能提供多大的充电电流？据我所知，2SD882的Hfe并不大，通常只有几十。

以上看法，仅供参考。

masm32

只要是自己独立设计出来的都是良品.

其实这些电路如果组成三路未必比LZ的简单

[ 本帖最后由 masm32 于 2006-8-8 02:07 编辑 ]

gyro

http://www.zz-dm.com/commodity/d ... 288&flname=dmcp
我用的是这里的，5块钱一块，似乎比那块实验板都便宜，不知道你们为啥不用？

gale

与常见的LM317+TL431+PNP管原理类似，实现复杂度却大了3倍左右，造价自然不必说了，效果还可能不如TL431的方案。另外，不知道为什么不用可调电阻，充到4.26还没有发现不良后果？

建议楼主翻翻旧贴。开个玩笑，玉早出来了，现在抛砖晚了点，呵呵。

我做的成品:
http://bbs.5imx.com/bbs/viewthre ... p;highlight=%2Bgale

是基本抄袭这里的“玉”:
http://bbs.5imx.com/bbs/viewthre ... &extra=page%3D1

就这个分流原理而言，TL431的方案是最简单，效果最好的了，我对该电路唯一不满意的是其发热量大，因此我设计改良的目标是降低发热量。

vilin

楼上兄弟不用客气，我也只是抛砖引玉，欢迎多多交流、并不吝指教。

masm32

　　搞数字电路搞多了，一般都把运放当作比较器看待，恰恰忽略了＂运算＂功能．

多谢ＬＺ

masm32

................

vilin

to masm32::em16::em16：
老兄也是夜猫子哦，感谢关注:em15:

关于散热片：这个电路，功耗发生在电池完全充满的时候，这个时候，3级的分流全部起动了，吸收了满冲电压*充电电流的功率，发热量比较大。在正常充电时，只有恒流部分产生功耗，但恒流部分产生的压降比较小，我在使用0.5A电流充电时，几乎感觉不到热量的存在。

在完全充满时，我曾试过连续让它在这个状态连续工作30分钟以上，感觉散热片的温度也只是上升到60~70度左右（没有用温度表测量，只是经验值），当时的室内温度是32度左右，相对来说比较热。当然，我用的充电电流只是0.5A，若用超过1A的电流，发热量就大多了，因此才使用了风扇散热。

关于截止电压控制的原理，其实也不复杂，只是利用了运放作加法器，以U1A/Q1/Q2这一级为例，就是以Q2的发射极作为参考基准，在Q2的集电极电压与发射极电压差到达设定电压时，控制导通。其实，这只是一个简单的运放扩流的应用电路，只是同时接成加法器了，然后是三级串在一起，可能就不容易搞清楚每一级的参考了。把其中一级独立分离出来分析看，还是比较容易理解的。

to ckyo：
这个电路的原理跟你说的用tl431的那个是完全相同的，具体的电路稍有不同，但不见得这个电路更复杂：原来的贴子已经说了，U1B、U2B、U3B和R4、R12、R21并非直接作为这个充电器所必需的，排除这个以外，其实等效于使用运放代替了原来直接使用的tl431，只要设置的精密电阻没问题，这个电路的一致性由运放保证，一致性是相当好的，而且，截止电压调整方便，无须分别对3级调整。

另外，就精度来说，tl431与7805的稳压精度相差并非很大，7805在小负载时的稳压特性，还是令人相当满意的，用在这里，个人认为也足够了；另外的一个原因，这个电路使用的器件，都是常用的，大部分器件，相信常动手的玩家手头都有了（或是代用件），就算是10k精密电阻，用普通电阻经过仔细筛选后，也可使用，取材也算便利了。

masm32

哪个帖子?发个链接看看

ckyo

个人觉得以前帖子里用431的电路更简单，精度更好些，因为这个有4个电阻影响精度。其实原理和那个一样的。

masm32

LZ把基准电源放在离热源最远的地方,可见LZ是老鸟了:em15::em15::em15:
    该是JP2的5脚和6脚是7805的分压吧?7脚是地线

    提个问题(很久未搞模拟电路了有些陌生):基准电源产生的比较电压(截止电压)是相对于地线而言的,从电路图上看,每个电池单体的电压被10K精密电阻对地1/2分压作为运放的同相输入端,反向输入则是比较电压和电池负极之间的分压关系,这个基准电压怎么对三路起作用的没有搞明白.请LZ讲解一下,谢谢

[ 本帖最后由 masm32 于 2006-7-31 05:09 编辑 ]