镍氢电池容量筛选电路


如果将实际容量差别悬殊的电池组合使用,电池组的有效放电时间则会大幅缩水。为了延长电池组的有效放电时间,我们就必须对一定量的工包镍氢电池进行容量筛选,以获得容量基本一致的单体电池。

业余条件下直接用低压小灯泡对电池进行放电不失为一种可靠的方法,通过记录电池放电到灯泡熄灭时的时间差即可反映电池的实际容量大小。但这种纯手工的方法操作繁琐,而且电池的实际放电时间除了与电池容量有关外,同时还受到电池内阻等因素的影响。

对此,我们设计了一种性能稳定、成本低廉的镍氢电池容量筛选系统,其容量测量范围可以达到1999.9mAh,精度0.1mAh,几乎能够胜任目前所有的市售5号、7号镍氢电池容量测试,长期使用效果良好。系统的核心器件采用MAXIM公司生产的可编程可逆计数/定时器ICM7217对电池的实际放电时间进行测算,同时采用精密恒流放电电路以消除电池内阻的影响,因而能够准确测出单体工包镍氢电池的实际容量。镍氢电池容量筛选电路

ICM7217作为电池容量显示电路见右图.镍氢电池容量的基本单位是1mAh,折合3600mAs。以360mA的电流对镍氢电池每放电1s,则相应能够得到360mAs(即0.1mAh)的实际容量,若以180mA的电流放电2s,则同样可反映0.1mAh的电池容量。据此,我们把5只共阳数码管中倒数第2只数码管的小数点接地,使其保持长亮,以指示0.1mAh的测试精度。第1只数码管的公共端通过小电阻直接接入+5V电源,b、c管脚与D触发器的Q端相连。当系统启动复位时,Q输出高电平,故最高位数码管无显示。ICM7217作计数器使用时,可记录的最大值为9999,当计数脉冲超过9999时,进位端CO输出—个宽度为O.5μs的正脉冲使两个D触发器翻转,Q输出低电平,分别点亮最高位数码管的b、c段以显示字符“1”从而完成了容量的进位显示。

ICM7217的D1~D4为位选通扫描输出端,计数结果在芯片选通端的控制下,直接驱动4只数码管进行显示。扫描速率由扫描端SCAN的外接对地电容决定,这里我们取47pF,当然这个电容也可以省略。由于ICM7217的各输入端内部均有电阻使其偏置在适当的电平上,因此输入端在悬空使用时与接高电平时的状态并不完全一致。除了图中注明外,ICM7217的其余输入端应全部悬空。

镍氢电池容量筛选电路

放电及检测电路如左图所示。图中的第1只运放接成电流负反馈形式,控制NMOS管IRF540N对单体镍氢电池进行恒流放电,放电电流为

ID=VREF/Rs

式中,VREF由电阻分压获得,为确保电池能够遵循恒流值放电,VREF的大小应低于单体电池的开路电压。如前所述,为了使ICM7217计数结果直接反映电池的实际容量,故系统选用360mA和180mA的放电电流;对此我们可将VREF设定为0.72V,NMOS管源极电阻RS分别取2Ω与4Ω,两者均由O.5W/1Ω的电阻串联得到。

为了达到一定的电压精度,RP应选用多圈电位器;如果还需要进一步提高电阻分压精度,可以将电位器并联在精密电压基准TL431的两端调节,如右下图所示。

STO为低时ICM7217正常刷新计数结果,当STO跳变时锁定计数值。系统中,STO与比较器的输出相连,当 电池电压逐渐降 低并进入放电的“马尾”阶段后,电池电压迅速下跌,在低于放电终止电压0.85V时,比较器输出高电平,加在ICM7217的STO端,将目前的计数结果锁存,同时通过三极管驱动蜂鸣器报警,提示测试过程结束。但是,此时被测电池的放电进程仍然没有结束,被测电池会一直放电,直至端电压低于放电回路中的截止电压O.72V,NMOS管因不足以维持设定的恒流值而截止时,被测电池才基本停止放电。镍氢电池容量筛选电路

考虑镍氢电池在停止恒流放电进程后,电池的端电压会出现一定幅度的回升,因而我们将比较器设计为施密特触发器形式,并取上限电压值为1.25V,以消除因电压波动可能引起ICM7217计数的重新启动。

ICM7217的计数脉冲有两路不同的输入。对于较大容量的镍氢电池,放电电流取360mA,此时对应的计数脉冲为1s,而对180mA的放电电流,计数脉冲取2s才能保证计数的结果正确。左下图为脉冲发生及选择电路。

镍氢电池容量筛选电路

CD4060对32768Hz晶振所产生的信号进行2次分频后输出2Hz的精确方波脉冲,再经过两级D触发器分频后分别输出1Hz与0.5Hz的低频方波,最后经旋钮开关选择后送入ICM7217的CLK端启动计数。

该系统是一个典型的模数混合电路,但需要进行参数调整的元器件并不多。其中,放电电流的调整由RP20完成,这需要我们用数字万用表将运放U20:1的输入电压设定为精确的0.72V。改变RP21的阻值可以调整施密特触发器的阈值电平,这里我们应将其调至准确的1.1V,以保证合适的上下限触发电平以及足够的回差范围。

本例选用的ICM7217后缀为B,应搭配共阳数码管,对于ICM7217A则需要将数码管换为共阴类型;同时,最高位数码管的驱动电路也需要进行一些适当的调整。

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