鋰基電池是儲存能量的通用方式;它們具有可充電電池中最高的能量密度和比能量（360至900kJ/kg）之一。

缺點是，與電容器或其他類型的電池不同，它們不能通過常規電源充電。它們需要充電到特定電壓并且電流有限，否則它們會變成潛在的燃燒彈。

這不是開玩笑，在一個小而通常緊湊的封裝設備中存儲如此大量的能量可能非常危險。

但由于電池電壓相對較高，它們在電子產品中非常有用：高能量密度、形狀、尺寸和容量種類，以及它們的充電/放電效率。這就是他們幾乎被用在所有電子產品上的原因。

由于它們是中小型便攜式設備的最佳選擇，因此它們在DIY社區中非常受歡迎。但是，如果您不想購買特定的充電器，充電仍然是使用它們時常見的問題。

通過這種講解，您將學習如何使用廣泛可用的組件和部件制造合適的鋰離子電池充電器。更重要的是，您將學習它是如何工作的。

如果想跳過理論，并實際構建充電器，請跳至步驟6。

第一步理論知識

有許多不同類型的鋰電池，但它們只是在使用的材料和架構上有所不同。科學家們更喜歡用化學名稱和所用材料來命名電池，除非你是化學家，否則這些術語可能會讓人感到困惑。上表通過列出這些電池的全名、化學定義、縮寫和簡寫形式來提供清晰度。

不同類型的電池具有不同的特性和限制。

好處是大多數電池都以相同的方式充電，通常會發現和/或用于電池供電項目的常見電池。

首先，你需要知道什么是"C率"，因為它是電池使用的基礎。

大多數電池都標有額定容量，以安培小時（Ah）或毫安小時（mAh）為單位。這基本上是它們在完全耗盡之前可以供應一小時的放電電流。

例如，你有一個標記為2400mAh或2.4Ah的大電池，這意味著它可以通過你的電路推動2.4A，并在一小時的時間內放電。這將是1C放電率，在額定容量電流下放電。

如果你的電池為一個電路提供1200mA電流，它將是0.5C的放電率，它應該持續兩個小時。

有些電池的放電率高于1C，如果你能以4.8A（2C）的速度放電，它會持續30分鐘。RC系統中使用的一些電池允許非常高的放電速率，如10或20C，但這種電池通常設計為失敗而不是讓您的飛機在飛行途中無動力，因此它們不是最安全的。

充電時，它基本相同，在1200mA的最大電流下為2400mAh電池充電將是0.5C的充電速率。出于安全原因，大多數電池應在0.5C和0.7C之間充電。

大多數鋰離子電池每個電池充電至4.2v，較高的電壓可能會增加容量，但會縮短使用壽命。較低的可以以較少的運行時間為代價來增加電池充電周期。

充電周期包括兩個主要階段;恒流或CC和電壓源或CV，但有些充電器跳過或增加更多級。

當電池電壓低于2.8-3v時，大多數電池被認為是過放電或耗盡電量，但即使在這種情況下，電池也可以再次充電并重復使用。為了節省它們，在充電之前完成"連接"階段，在這個階段，電池充電0.1C電流限制，直到達到3v

CC階段。這是所有充電器使用的階段，也是大多數快速充電器的唯一階段。在恒流階段，電池基本上連接到限流電源，通常限制在標稱電池容量的0.5-0.7倍（即0.5到0.7C），直到電池電壓達到4.2v。在此階段結束時，電池電量約為70-80％。

CV階段或飽和電荷。當電池每節電池達到4.2v時，充電器充當限壓電源，電池電壓保持在4.2v，充電電流逐漸下降。當充電電流在標記容量的3％到10％之間時，電池被認為是完全充電的。

收費。根據充電器和電池的自放電，可以每500小時或20天執行一次頂部充電。通常，當開路端電壓降至4.05V/電池時充電開始，當再次達到4.20V/電池時關斷。

通常，僅使用階段2和3，并且完全充電可能需要2至4小時，具體取決于充電速率。

鋰離子不需要完全充電，如鉛酸的情況，也不希望這樣做。事實上，最好不要完全充電，因為高壓會對電池造成壓力。選擇較低的電壓閾值或完全消除飽和電荷可延長電池壽命，但這會縮短運行時間。由于消費市場促進了最大運行時間，因此這些充電器需要最大容量而不是延長使用壽命。

第2步：設計充電器電路

大約一年前，我開始使用運算放大器，決定設計一個合適的鋰離子電池充電器來學習使用它們。我在設計這個電路的過程中學到了很多關于運算放大器的知識，我想分享它，所以人們可以自己制作充電器而不是購買它們。

該電路使用流行的LM324運算放大器來創建電流和電壓限制電源。在這種情況下，電流可通過約160至1600mA的電位計進行調節，從而可以為各種容量的電池充電。voltaje限制為4.2v，因此您不會損壞電池。

它有一個充電指示燈LED，在電池充電時會亮起，完成后會關閉。

我設計了這個電路，因此它使用廣泛可用且便宜的通孔元件，因此任何人都可以構建它。

幾乎所有通用運算放大器都可以使用，無需軌到軌操作，無需高頻或高精度。

tip122晶體管可以替換為任何引腳兼容的晶體管，最小DC電流增益（Hfe）超過100，最大集電極電流（Ic）超過2A。

該電路的設計使任何具有基本焊接技能的人都可以輕松構建它。

第3步：電源

整個電池充電器由12v2A充電器供電，但由于LM324不是軌到軌運算放大器，我需要第二個電壓軌，以允許運算放大器檢測電壓接近GND（小電流幾乎沒有電流）和輸出足夠低的電壓，以便在不應該打開達林頓晶體管時。

注意控制電池兩端的電流和電壓的晶體管連接到電壓軌而不是接地。這是因為LM324輸出電壓無法達到它的負電源電壓，它只能在1.5-2v左右。在該電壓下，達林頓晶體管將無法關閉，并且不會正確地限制電壓和電流。

這就是為什么我使用四個運算放大器（IC1a）中的一個和一個晶體管在GND上創建一個虛擬的2.5V軌道，以吸收流過電路充電器部分的電流。

R2和R3是一個分壓器，輸出電壓約為2.5V，具體取決于電阻器的容差，運算放大器驅動晶體管的方式與電流無關，2.5v總是會降低。

四個運算放大器和LED指示燈直接由12v電源供電，但電路的其余部分由9.5v供電;在12v和2.5v導軌之間。

如果您使用這種設計，但想要提高效率，可以使用軌到軌運算放大器和低壓電源，這樣您就不需要在額外的晶體管中產生額外的軌道浪費功率。

電源LED指示充電器何時開啟，C2平滑充電器的電壓。

第4步：實際充電器

這是充電器的重要部分，這是負責限制電池兩端的電流和電壓。在這種情況下，可以使用10k電位計選擇充電電流，但無論電源電壓如何變化，限制電壓都將是固定的4.2v參考電壓。

（你可以看到，在一般原理圖中，電位器和R8和R9值高出一個數量級，這是因為我唯一的一個是100K的，但建議的值是10K，R8和9的是原理圖中的那個）

左側的運算放大器（IC1c）負責將電流限制為電位器的最大設置。由于檢測電阻為1歐姆，因此其上的電壓將與流過它的電流相同。

電位器位于1k電阻的頂部，電阻器上方有160mV的壓降，因此電位器的最小輸出電壓為0.16v，在這種情況下，電路將限制最大電流為160mA，非常適合為300mAh電池充電。

電位器兩端的電壓降約為1.6V，因此最大電流限制將略高于1.6A。調節電位器可以獲得0.16至1.6v之間的任何電壓輸出，這意味著最大電流限制在160和1600mA之間。

運算放大器將驅動晶體管，使檢測電阻兩端的電壓與電位計輸出相同。由于2.5V軌道，運算放大器將能夠輸出足夠低的電壓，幾乎關閉晶體管并設置低電流限制。

在恒定電流階段結束時，電池電壓接近4.2v極限，超過該極限電池將被損壞，此時，電路的電壓限制器部分開始并且恒定電壓階段開始。

4.7v齊納二極管以及R10和11分壓器在VCC（~12v）以下產生4.2v參考電壓。當電池兩端的電壓達到4.2v時，第二個運算放大器（IC1d）開始將電壓泵入第一個運算放大器的反相輸入端，這樣可以降低晶體管的輸出電壓，從而使電流流過電池開始下降以保持4.2V。

隨著電池充電并且內部電阻增加，需要更少的電流來保持4.2V電流，因此電流將緩慢下降。當流過電池的電流低于標稱容量的3-10％時，電池被認為是100％充電。

第5步：充電指示器

對電池完全充電可能需要2到4個小時，具體取決于充電速率（我建議保持在0.5到0.7C之間）。當流入電池的電流小于額定容量的3-10％時，電池100％充電，上面的電路將告訴我們何時發生這種情況。

第四個運算放大器（IC1b）用作比較器;在非反相輸入端，它采用檢測電阻兩端的電壓（超過2.5V軌），在恒壓或飽和充電階段將下降，并將其與電位器設定的電壓的一小部分進行比較。

R15和16分壓器輸出設定電壓的9％，并將參考電壓饋入運算放大器的反相輸入。

當檢測電阻兩端的電壓（與流經電池的電流相同）降至分壓器設定的基準電壓以下時，in-的電壓大于in+中的電壓，因此運算放大器輸出降至GND并關閉LED。

通過這種配置，LED在充電時打開，在電池充滿電時關閉。如果您希望在充電完成時打開它，只需更換運算放大器輸入引腳即可。

第6步：構建充電器

現在我們完成了理論，讓我們真正構建充電器！

首先，您需要PCB，可以在線訂購或DIY。當PCB準備好所有孔和鍍錫焊盤時，是時候開始填充電路板了。

根據我的設計，所有組件都是通孔的，所以任何人都可以制作它，但如果喜歡較小版本的電路板，可以下載.brd文件并將所有組件編輯到SMD。

我使用的大多數電阻都是1％的容差，你可以使用常見的5％電阻。

焊接電阻器和跳線，然后焊接電容器和二極管，注意極性！

如果您沒有與我相同封裝的電位器，可以使用一些電線焊接外部電極，或者僅編輯封裝。

我使用的檢測電阻是一個4W1ohm的電阻，您可以使用不同的電阻，但不能低于3W。

晶體管是兩個TIP122達林頓對，沒有必要使用達林頓晶體管，任何增益超過100且具有2A電流能力的BJT都可以工作，但要檢查基極電阻以匹配您的晶體管！

此外，您幾乎可以使用任何其他四通道運算放大器，請務必選擇引腳兼容的運算放大器。

我用兩個輸出制作了電路板，一個帶有螺絲端子，另一個帶有DSI電池連接器，它們是并聯的，但您應該一次只給一個電池充電。請記住，此充電器設計用于為單節電池充電，而不是兩節并聯，也不是兩節串聯。

完成焊接后，將散熱器擰到晶體管上，它們會耗散相當大的功率！我使用的那個相當小，也許應該使用更大的一個，但我認為它不會超過70?C所以現在沒問題。

現在為您的電路板添加一些壓鉚螺母柱，它已準備就緒。

第7步：測試＃1

作為第一次測試，我要給600mAh的電池充電，在0.5C充電才能安全。

首先，將萬用表連接到輸出，并將撥盤設置為10A范圍內的電流。插上充電器并轉動電位器，直到輸出電流為電池額定容量的一半，在我的情況下為0.3A。

然后，將電池連接到充電器，并注意極性，在我的電路設計中，正極引腳位于連接器的右側。

當我開始給電池充電時，它的開路電壓為3.1v，所以電量很少。大約一個半小時后，電池的電壓為4.09v，即將進入恒壓階段。

一個半小時后，我看到LED正在調光，所以我通過檢測電阻兩端的電壓降來檢查電流，電流約為24mA，小于初始300mA的9％。此時電池已完全充電。

這款充電器效果很好，我用600mAh電池、840mAhDSI電池、200mAh手表電池和4000mAh平板電池進行了測試。它們都需要大約3個小時才能完全充電，4Ah需要花費更長的時間，但僅僅因為充電器限制在1.6A，這是0.4C的充電速率。