用充电管理芯片BQ2002自制镍镉/镍氢电池组充电器

barracuda

手上有很多镍镉电池组和镍氢电池组，种类五花八门，打算为它们做一个合适的充电器

构思了一下，这个充电器应该能够满足以下要求：
1.能够根据需要选择输出电压，以便适合不同组合的电池
2.电流可调
3.充满自停，不能过充电
4.最好采用负Δ电压(-ΔV)检测方式检测电池
5.电路要简单，成本要低

最初计划用TEA1100或MAX712来完成这个制作，但是跑了一圈市场后发现MAX712停产，TEA1100就根本没有，再搜罗搜罗发现了比较合适的
BQ2002芯片，德州仪器出品。
按手册介绍，BQ2002可以对单只或多只镍镉/镍氢电池充电，可自动完成快速充电，补足充电，涓流充电；可以靠检测-ΔV，最高温度，最长时间，温度变化率的方式结束充电。当电池接入时，芯片会先检测电池温度和电压，如果温度和电压超出极限了，芯片会先对电池进行涓流充电，待电池温度和电压都符合要求后开始快速恒流充电，当电池达到终止快速充电标准后，转为补足充电，以快速充电电流的1/18对电池进行补足充电，直到定时器到点，转为涓流充电。充电速率，补足时间都是可以设置的，而且还有一个功能就是当电池刚刚接入后，为避免接触，电池不良造成误差，在刚开始充电的一段时间内是不会检测-ΔV的；但是这个芯片也有一个缺点，就是他是一个快速充电器芯片，它的最慢充电也是以0.5C的电流充电。
这个芯片还好没有停产，北京市场上没找到，说得从深圳发货，正好有个哥们去深圳出差，就劳烦他一下，还真有，让他带了3颗BQ2002回来，还好不是很贵，10元1颗，相比35块钱的DS2711已经够便宜的了。

设计电路，这个充电器的电路是在BQ2002的参考设计上改动而来，具体功能如下：
1.电压可调，共分6档，分别适应3.6V（3节）、4.8V（4节）、6V（5节）、7.2V（6节）、12V（10节）还有待定电压的电池组
2.电流可调，3档，分别是0.3A，0.6A，0.9A，以适应不同容量的电池
3.采用检测-ΔV方式判断电池是否充满
4.具有温度检测功能，随时监测充电中的电池温度，避免电池过热
5.快速充电，充满电只需要160分钟
6.既支持交流输入，也支持直流输入
7.较宽的工作电压，目前是7V-18V内都可以正常工作
8.电路简单，采用廉价的LM317做恒流
9.采用精密金属膜电阻作为电池电压采样用


等芯片的同时，先制作出PCB来


还是采用热转印的方式


腐蚀过后

钢丝球刷掉碳粉，打孔，涂上一层松香水做保护


芯片到了，本来想着是直插的，不曾想他给我买的贴片的
板子都做好了.......只好转接板了


备料！全家福
电池采样电阻采用的是RJ-14型精密金属膜电阻，精度0.5%
其余就是普通元件，LM317还是拆机货，这些都无所谓


开始码件，还是先从最矮的贴片元件开始，这时候元件面没有任何
元件，PCB板可以平稳的放在桌面上焊接，如果先焊直插元件，
焊贴片时板很容易不稳当


焊完贴片焊直插，先从最矮的开始


继续，开始高一点的



焊上恒流用的LM317
先测量恒流是否正常
第一档，低电流0.3A

高电流档，0.58A


最大电流，0.87A


恒流电路正常，又检查了一下給芯片供电的5V电源，也正常，就可以焊上芯片了
这是做好的模样
还有一个滤波电容暂时不焊
调试阶段，电池采样电阻只焊了两档的，支持给4.8V（4节）和6V（5节）的电池组充电


PCB背面


这是制作完成的充电器


设定电压的跳线


大电阻边上是设定电流的跳线
只插一个可以获得0.3A或0.6A的电流
两个都插是0.9A


先拿几个电池出来，4.8V 900mAh的镍氢电池组


试验性充电中，电源是用的12V 1.5A开关电源，充电电流选择0.3A
热敏电阻不接，因为还没调试好，直接不用温度检测功能
黄灯亮起表示正在进行充电
通过电流表测试，充电电流是0.3A
由于LM317是线性的，所以效率比较低，因此，电源电压不能和电池电压相差
太大，像12V电源，充3.6V-6V电池都合适，要充7.2V电池的话，电源电压就得15V了
大量电能变成了热通过散热器散走了，0.3A电流下，LM317的散热器
是温热的，手可以长时间停留



最终调试&使用：仔细查看了DataSheet，貌似对于温度检测元件没有特殊要求，但是BQ2002是温度检测引脚TS电平在1/2Vcc+-0.5V时进入保护状态，也就是正好和DS2711相反，而按照DS2711的接法，就算是室温，BQ2002也会认为温度不符合要求，因此停止充电，既然知道了，问题迎刃而解。
原手册要求热敏电阻用石冢的103AT-2型负温度系数热敏电阻，这和DS2711要求的型号一致，但是这个型号实在买不到，虽然用的也是10K的负温热敏，但是不知道温度系数曲线也是麻烦事。

这是自制的温度检测线，热敏电阻是10K的NTC，没有型号，没有资料


按手册介绍，和NTC串联的电阻应该是3.57K，先在原先的10K电阻上并联一个5.6K的，正好是3.58K左右


效果很好，接上电池，用烙铁靠近热敏电阻，很快充电指示灯熄灭，充电停止，
没有热敏电阻特性曲线，就不知道具体保护温度是多少，但用手感觉是温热的感觉，
看来温度检测的问题解决了，应该不会造成电池过热

另一个问题是不接电池时电路也会进入快速充电模式，经过检查发现是线路设计错误
空载时恒流电路不工作，输出口电压低，导致芯片进入快速充电模式
修改了一处线路，增加了一只IN4148，问题也得以解决。
左上角就是新增的二极管


至此，充电器的调试彻底完成，可以正常使用了
热敏电阻和电池的连接方式
按照规范，热敏电阻应该埋藏在电池包的深处
但是这是成品电池，没法再往里面埋热敏电阻了，
更何况N多电池组也埋不过来，就这样算了


正在充电，最新测试发现0.3A充这个900mAh的电池，需要2小时灭灯，
主要是因为电池虚标容量比较严重，但是，充电效果还是不错的



最后是电路图，经过多次调整，去除了多处BUG，欢迎仿制

radio5160

铁路标志很有新意，嘿嘿

ww5223017240

做的不错，支持，逐步淘汰镍氢中……铁锂顶上

efan

灰常牛X，板子看起来赏心悦目

7r093

做的不错，你的4.8V电池充满是多少电压？

linyingzhi2001

呵呵，看了楼主的帖子，忽然眼前一亮。本人目前正好有几百节全新的单体1.2V,不过暂时还不清楚是镍氢还是镍镉的，同楼主图中的单节同样大小，容量得知是1100mah，具体我暂时还没得空测。不知道是否有论坛里的朋友有需要，可以5元一节，买4节送1节，现在探探路看看！

liquidator

欢迎仿制.
太好了，有锂电的吗？

wanjinjie

充电芯片价格好贵！用不起啊！

logoffagain

谢谢分享，已转载到香港的 DIY论坛了......

fdlay

非常感谢楼主分享，能否上个PCB文件共享，谢谢！