數字深層地震儀的多通道鋰電池充電機的設計

余坤鉑，王桂梅，彭祥

（重慶地質儀器廠，重慶400033）

數字深層地震儀的多通道鋰電池充電機的設計

余坤鉑，王桂梅，彭祥

（重慶地質儀器廠，重慶400033）

作者設計了一種可以同時充電24組鋰電池電源的充電器，結構簡單，操作方便，工作效率高，經久耐用。本文介紹了該充電機的組成和原理。

鋰電池；充電器；多通道

1 概述

隨著二十世紀微電子技術的發(fā)展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池工作電壓高，體積小，重量輕，能量高，壽命長，安全快速充電，允許溫度范圍寬，放電電流小，無記憶效應，無環(huán)境污染等優(yōu)點。鋰電池隨之進入了大規(guī)模的實用階段，越來越多的物探設備開始大規(guī)模用鋰電池。DZS－1深層數字地震儀是一種三維數據采集器。主要利用爆炸及巨型地震波探查地殼深部構造的特性與性質；微震檢測也可用在天然地震的研究、油氣田的三維地震調查等，尤其是加入大容量鋰電池進行無人值守的長時間定時檢測。野外DZS－1深層數字地震儀器用于三維數據采集，一般都要用到幾百臺，傳統(tǒng)的單一充電器由于插口的限制，難以滿足需要。針對這個問題，采取通道板插入底板連接方式連接，4塊通道板，一塊通道板裝載6個充電模塊，這樣裝出來的一臺充電機可以一次充電24組鋰電池電源。

2 充電器電路簡介

鋰離子電池的充電過程可以分為四個階段：涓流充電（低壓預充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。

鋰電池的充電方式是限壓恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進行預充電，充電電流為設定電流的1／10，電壓升到3V后，進入標準充電過程。標準充電過程為：以設定電流進行恒流充電，電池電壓升到4．20V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為4．20V。此時，充電電流逐漸下降，當電流下降至設定充電電流的1／10時，充電結束。下圖為充電曲線。

圖1

采用恒定電壓給電池充電，確保不會過充。首先電路220V，50HZ交流電輸入，通過船行開關和10A保險，再經過線圈變壓轉為交流12V，再通過整流橋將交流電壓轉為直流電源12V，見圖2。

充電器必須為電池提供適當的穩(wěn)壓措施，從而不受輸入電壓的影響，充電器的輸入電壓與交流母線電壓和充電電流稱正比。

VO＝2VIN＊a－10（REQ＋RPTC）－2＊VFD式中：REQ是次級繞組的電阻與初級繞組反射電阻（RP／a2）的和。RPTC是PTC的電阻，VFD是橋式整流器的前向壓降。此外，變壓器磁芯損失也會使輸出電壓略有降低。

圖2

隨著充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小。下圖電路顯示充電狀態(tài)，紅燈閃正在充，綠燈閃馬上要充滿，綠燈亮完全充滿。充電電流為380mA，超快，三個并連的二極管是降壓的，防止LM317過熱，且LM317須加散熱片，見圖3。最大電流375mA，其實當充電電流小于80mA綠燈就亮了，鋰電池的充電電流小于80mA時表示容量以達97%以上。保證電池能夠充足，請在指示燈熄滅后繼續(xù)充1～2h。

圖3

充電或放電速率通常根據電池容量來表示，這一速度稱為C速率。C速率等于特定條件下的充電的充電或放電電流，定義如下：

其中：I——充電或放電電流，A；

M——C的倍數和分數；

C——額定容量的數值，AH；

N——小時數（對應于C）。

以一倍C速率放電的電池將在一個小時內釋放標稱的的額定容量。例如，如果標定容量是1000mahr，那么1C的放電速率對應于1000mA的放電電流，C／10的速率對應100mA的放電電流。

3 充電機的結構

采取通道板插入底板連接方式連接，4塊通道板，一塊通道板裝載6個充電模塊，這樣裝出來的一臺充電機可以一次充電24組鋰電池電源，底板見圖4。

4 鋰電池正確充電方法

（1）按照標準的時間和程序充電，即使是前三次也要如此進行；

圖4

（2）當出現機器電量過低提示時，應該盡量及時開始充電；可以隨時充，無記憶效應，注意不要將電完全用掉之后再充，尤其不能電用盡后不充電，就放在機子里放著，電壓過低對鋰電池的壽命影響極大；

（3）鋰電池的激活并不需要特別的方法，在機器正常使用中鋰電池會自然激活。

5 結語

DZS－1深層數字地震儀的充電機（圖5）經過幾年來的實際應用，表現出結構簡單，操作方便，工作效率高，經久耐用，節(jié)省空間，穩(wěn)定性好，并且受到了客戶的好評。

圖5

［1］ HIGH－SPEED LITHIUM ION BATTERY CHARGER．［J］．Silicon Laboratories．

［2］ 康華光．電子技術模擬部分［M］．武漢：華中科技大學出版社，2006．

［3］ 彭穎．一種鋰離子電池充電器芯片的設計［D］．武漢：華中科技大學，2005．

［4］ 錢金榮．鋰電池充電器及其系統(tǒng)優(yōu)化［J］．基礎電子2010（9）：43－44．

［5］ 郝杰．高性能鋰電池充電器設計方案［J］．中國新技術新產品，2009（8）．

P631．43

：A

：1009－282X（2014）02－0020－02

2013－12－23

余坤鉑（1979－），男（漢族），重慶人，重慶地質儀器廠工程師，電子信息工程專業(yè)，主要從事彈性波儀器的研制及野外技術支持工作，重慶，Tel：023－89863772，E－mail：yukunbo2003＠sina．com。