虽然可充电锂离子电池和锂聚合物电池已经成为高性能便携式产品的首选电池，但传统的镍镉电池(NiCd)和较新的镍氢电池(NiMH)仍然是便携式电源的重要来源。镍基电池坚固耐用，放电率高，循环寿命长，而且相对便宜。镍氢电池在许多应用中正在取代镍镉电池，因为它具有更高的额定容量(高出40%至50%)，并且由于镍镉电池中含有镉的环境问题。本文介绍了NiCd/NiMH电池充电的基础知识，并介绍了LTC4060线性电池充电器。

nicd /NiMH电池充电入门

镍基电池的各种充电方法按速度分为:慢、快、快。最简单的一种充电器是慢速充电器，它采用定时器控制的相对较低的充电电流，充电时间约为14小时。对于许多便携式应用程序来说，这可能太长了。为了缩短充电时间，快速和快速充电器在监测电池电压和/或温度的同时施加恒定电流，以确定何时终止或停止充电循环。充电时间一般在3 - 4小时(快速充电)到0.75-1.5小时(快速充电)之间。

快速和快速充电器强制恒定的充电电流，并允许电池电压上升到它需要的水平(在限制范围内)来强制这种电流。在充电周期中，充电器定期测量电池电压，以确定何时终止充电周期。在充电周期，电池电压上升，因为它接受充电(见图1)。接近结束的充电周期，电池电压开始上升得更快，达到一个峰值，然后开始下降。当电池电压从峰值(-得尔塔V)下降一个固定的mV数时，电池被完全充电，充电周期结束。

电池内部有防止过充的保护装置。当电池电压从峰值下降时，电池温度和内部压力迅速上升。如果在完全充电后持续快速充电很长一段时间，电池压力密封可能会瞬间打开，导致气体排放。这对电池来说不一定是灾难性的，但是当电池排气时，一些电解质也会被释放出来。如果经常排气，细胞最终会衰竭。此外，排气后，密封件可能无法正确关闭，电解液可能会变干。

镍镉电池和镍氢电池的区别

开路电压(标称1.2V)和寿命终止电压(0.9V至1V)在两种电池类型之间几乎相同，但充电特性略有不同。所有镍镉电池都可以进行连续的涓流充电，但一些镍氢电池不能，如果在充满电后继续涓流充电，可能会损坏。此外，两种电池类型在快速充电周期中的电池电压分布也不同。

对于镍氢电池，达到峰值后电池电压(-得尔塔V)的下降大约是镍镉电池的一半，因此基于-得尔塔V的充电终止稍微困难一些。此外，镍氢电池在充电周期中的温升高于镍镉电池，并且较高的温度进一步减少了完全充电时-得尔塔V的数量。对于镍氢电池，-得尔塔V几乎不存在低于C/2的电荷的高温。(参见侧栏中“C”的定义)。旧电池和电池不匹配进一步减少了电池电压的微小下降。

这两种化学物质之间的其他区别包括更高的能量密度和大大减少的电压下降或nimh电池的“记忆效应”，尽管NiCd仍然是高电流漏极应用的首选。NiCd电池的自放电特性也较低，但nimh技术在这方面还有提高的空间，而NiCd技术已经相当成熟。

LTC4060镍镉/镍氢电池充电器控制器

LTC4060是一款完整的镍镉或镍氢线性电池充电器控制器，可提供恒定的充电电流和充电终止，可快速充电多达四个串联连接的电池。使用简单，需要最少的外部元件，该ic驱动一个廉价的外部pnp晶体管提供充电电流。基本配置只需要五个外部组件，尽管包括其他功能，如用于电池温度鉴定的NTC输入，可调节的充电电压，能够驱动LED的状态输出以及关机和暂停输入。选择电池化学和电池充电的数量是通过捆扎引脚完成的，充电电流是使用标准值电阻编程的。与充分的热管理，充电电流高达2A是可能的，甚至更高的电流时，使用一个外部电流检测电阻与内部检测电阻并联。

使用LTC4060设计充电器时，什么是重要的?

一旦确定了电池的化学性质和电池的数量，就必须确定正确的充电电流。LTC4060专为镍基电池快速充电而设计，并使用-得尔塔V作为充电终止方法。还可以监控电池温度，以避免充电过程中电池温度过高，如果充电未终止，则安全计时器会关闭充电器。典型的快速充电电压曲线(在充电周期结束时电池电压迅速上升，然后下降(-得尔塔V))只发生在相对较高的充电电流下。如果充电电流过低，则电池电压在达到峰值后不能产生所需的电池电压下降，这是tc4060终止充电周期所必需的。在非常低的充电电流下，-得尔塔V根本不会发生。另一方面，如果充电电流太高，电池可能会变得过于热，需要位于电池附近的NTC热敏电阻来暂停充电循环，让电池在恢复充电循环之前冷却下来。

一个典型的ltc4060充电周期

只要有足够的输入电压，没有电池连接，并且充电电流、充电时间和热敏电阻连接正确，充电器的输出电压就非常接近输入电压。将充电电池连接到充电器上，将充电器的输出电压拉低至1.9 V(CELL)以下(V(CELL)是电池的总电压除以被充电的电池数量)，从而开始充电周期。

如果由NTC热敏电阻测量的电池温度在5°C至45°C的窗口之外，则充电周期暂停并且没有充电电流流动，直到达到可接受的温度。当电池温度在限制范围内时，测量电池电压，且必须低于最大限制。

如果V(CELL)低于900mV，充电器开始以20%的编程充电电流涓流充电，直到电压超过900mV，此时开始完整的编程充电电流。充电周期开始几百毫秒后，如果电池电压超过1.95V，则充电周期停止。这种过压情况通常意味着电池有缺陷，需要通过更换电池、切换关机引脚或移除并重新供电来手动复位充电器。

一旦程序设定的恒荷电流开始流动，一段被称为“暂停时间”的时间开始了。这个延迟时间范围从4分钟到15分钟取决于充电电流和充电时间设置。在暂停期间，-得尔塔V终止被禁用，以防止虚假收费终止。电池深度放电或最近没有充电，在充电周期的早期可能会出现电池电压下降，这可能被误认为是有效的-得尔塔V终止。

在充电周期中，电池电压缓慢上升。当电池接近完全充电时，电池电压开始快速上升，达到峰值，然后开始下降。根据充电电流和定时器设置，充电器每15到40秒连续采样一次电池电压。如果每个采样电压值都小于前一个采样电压值，连续四个采样电压值，并且镍氢电池的总电压下降超过8mv /电池或镍镉电池的总电压下降超过16mV/电池，则充电电流停止，结束充电周期。在充电周期中被拉低的漏极输出引脚CHRG现在变成了高阻抗。

用户可编程充电功能开始一个新的充电周期，如果电池电压下降到一个设定电压水平以下，因为自放电或负载在电池上。此外，如果一个大于1.3V的充满电的电池连接到充电器上，-得尔塔V终止检测电路立即启用，没有延迟时间，从而缩短了已经接近充满电的电池的充电周期。

如果电池在充电周期中达到约55°C，则充电器暂停，直到温度降至45°C，然后恢复充电，直到-得尔塔V终止结束充电周期。如果没有-得尔塔V终止发生，安全计时器停止充电周期。如果计时器停止充电循环，则认为是故障状态，充电器必须通过拆卸和更换电池，切换SHDN引脚或切换充电器的输入电源来进行重置。

关于电池容量和充电电流

正确的充电电流总是与电池的容量或简单的“C”有关。字母“C”是一个术语，用于表示制造商所述的电池放电容量，其测量单位为毫安·小时。例如，2000mAHr的额定电池可以在电池电压降至0.9V或容量为零之前提供2000mA的负载一小时。在同样的例子中，以C/2的速率给相同的电池充电意味着以1000mA (1A)充电。

NiCd或NiMH电池快速充电的正确充电电流大约在C/2和2C之间。当电池完全充电时，需要这个电流水平来显示所需的-得尔塔V弯曲，尽管2C充电可能会导致电池温度过高，特别是对于小容量的镍氢电池。由于两种电池的化学成分不同，镍氢电池在快速充电时产生更多的热量。

小心这些陷阱

充电时不要直接将负载连接到电池上。电荷电流必须保持相对恒定，才能使-得尔塔V电荷终止有效。电流水平变化的负载会导致电池电压的微小变化，从而触发假-得尔塔V充电终止。对于需要负载的应用程序，请参考图2中所示的功率路径组件。当输入电压存在时，负载通过肖特基二极管从输入电源供电，电池与负载隔离。移除输入电压拉低Q2的门，打开它，在电池和负载之间提供低电阻电流路径。

尽量减少充电器和电池之间的直流电阻。有些电池座的弹簧和触点电阻过大。与电池串联的电阻增加可以防止充电周期开始，因为一旦完全充电电流开始，电池过压条件。如果电池运动产生过早的-得尔塔V复位，构造不良的电池支架也会产生错误的充电终止。

不像锂离子电池可以并联以增加容量，镍镍氢电池不应该并联，特别是在快速充电时。细胞之间的相互作用阻止了电荷的正常终止。如果需要更大的容量，请选择更大的单元格。

并不是所有的镍镉电池或镍氢电池在充电时都表现相同。制造商在材料和结构上的不同导致了一些不同的充电电压分布或产生的热量。电池可以设计为一般用途，或优化为高容量，快充电率，或高温操作。有些电池可能不是为大电流(2C)充电器设计的，因此在充电时电池温度很高。此外，大多数新电池还没有完全形成，在达到额定容量之前需要一些调节。调节由多个充放电循环组成。

强烈建议在电池组附近安装热敏电阻，最好与一个或多个电池接触，这既是一种安全功能，也是延长电池寿命。不像锂离子电池在充电时几乎没有温度上升，镍基电池在充电循环中会升温，尤其是镍氢电池。尽量减少电池暴露在高温下的时间，延长电池寿命。

结论

镍镉和镍氢电池是许多便携式产品和备用应用的可充电电源的理想来源。本文帮助用户熟悉镍基电池的一些充电特性，以及它们如何应用于LTC4060充电器。使用ltc4060线性电池充电器控制器，可以正确安全地为镍镉电池和镍氢电池充电。