松下BQ830问题充电器的分析及有效改造(原创)

松下BQ-830充电器完美改造方案的探讨



       看到网上关于松下BQ-830充电器的介绍很感兴趣，正好到上海虬江路二手货市场15元买了一个，用了三天测绘，三天检测、查资料，基本弄清了BQ-830的原理。厂家声称的“国际标准的充电电路：负电压差微电脑控制及温度过热保护”纯属商业炒作，如此花样繁多，吸引眼球的直观功能，与美国那些质朴的智能充电器相比一定吸引了大量美国顾客，因此我们才看到如此之多的东洋垃圾。



       松下BQ-830充电器的改造首先要遵从安全与简单实用的原则，安全第一，毕竟我们的电池每节都比BQ-830充电器的现价要贵，方法不简单普通人改造不了。松下BQ-830充电器的改造有现实的意义，因为现在的电池容量已经在3600mA之上了，我们都迫切需要一个跟上时代步伐的大电流的快速充电器。用市售几十元的充电器不但充电时间长，而且电池长期在C/10（容量的1/10）以下电流充电会产生枝晶效应，促使电池内部短路，因此电池厂家推荐在2-3小时充满电。市场上现在一—至三百元的快速充电器充电电流在200-400mA左右，同样难满足要求，而且没有一个是微电脑智能控制。很多厂家公开说假话早已经达到无耻的地步，中外如此。毕竟精明的商人和高级骗子并无一步之遥。能四槽独立充电控制的单片机智能充电器只在资料上看到过，市场上没有，估计太贵了。



       真正的单片机智能充电器是根据什么来决定最完美的充电方法呢，了解了下列知识对于我们使用改造后的BQ-830充电器时，如何保护电池是相当重要的。



       单片机智能充电器检测的项目，及充电方案：



1.       Vmin 及Vmax：镍铬(NiCd)电池放电终止电压，8小时放电率时为1.1V，1小时放电率为0.5V；镍氢(NiMH)电池一般认为是1V。如果电池电压低于最低电压阈值（1V左右）则不能快速充电。而是采用涓流充电进行修复，如果在规定时间仍达不到要求，则认定电池损坏，报警拒充。涓流充电电流一般在C/30。



2.       T及ΔT：电池的化学活性是与温度密切相关的，理想的充电温度在30-40度，并非人们想像的低些好，当电池的温度低于10度时，是不允许快速充电的，这时要涓流或小电流预充电，直到电池温度达到10度再开始快充。当电池温度达到45度时电池内压力快速增加，压力到达危险值时电池的放气阀打开，气体挟带电解液流出，电池受到严重损害。放气阀堵塞就会爆炸。这时应立即停止快充转入涓流充电。在环境温度高低不同时，一样的电池内部温度反映到测温部件就会不同，因此就要测试环境温度以ΔT代替T的测量。例如网上热议的三星DCR037充电座改装，其中的单片机ST62T01的第7脚就是测环境温度的。T及ΔT测试是极限参数测试，是最终安全保护手段。   45度的手感就是烫手但可忍受，我们使用快速充电器一定要在此之前转入涓流或小电流补充充电。



3.       ΔT/Δt ：温度上升率是充电指标的重要参数，特别在快速充电中是至关重要的参数。在电池未充足时温升为每分钟0.08度，充足后温升为每分钟1---1.5度，这时充电的电能大部分转化为有害物质和热能。这对镍铬镍氢电池是一样的。所以一些专业的单片机电池快速充电IC如BQ2000系列以此为快速充电终止的唯一标准，以实现镍铬镍氢电池通充的功能。用ΔT/Δt判定充足与否安全性大大提升，但这时离真正充足还有一定距离，快充电流越大，距离越远。因此要进行补足充电，补足充电的电流不大于0.3C。



4.       –ΔV及0ΔV：镍铬电池在充电中电池电压逐渐上升，但充足时电池电压反而略有下降，镍氢电池具有同样充电特征，但下降微小。实践中镍铬电池以-20mV，镍氢电池以-2mV或规定时间内0mV做为充足的标准。–ΔV及0ΔV是充电特征，也就是说测量的是正充电的电池电压。ΔV和ΔT/Δt的测量需要1mV级精度的实时连续测量和数据存储，通用单片机的8位AD转换器都显精度不足，多数专业的充电用单片机都是10位AD转换器。通用运算放大器的输入失调电压在2mV之上作镍氢电池ΔV检测根本不可能。由于镍铬镍氢电池充足标准不一致，测量的又是正充电的电池电压所以这个方法主要用在连续或间歇式充电方式对特定配套电池充电中。比如大哥大、高级对讲机、高级无绳电动工具的配套充电器。如大哥大配套的摩托罗拉SPN4462A充电座。



5.       电池电压：最新式的快速充电器采用的充电模式是快充（2-8C）-停充-放电-停充-电压检测-再次快充的循环。一般镍铬电池刚断电时的电压在1.5V但很快降至1.31—1.36V，并且这时的电压还受充电电流的影响，具体的电压值还没有公开资料介绍。市售的所谓微电脑充电器是检测电池的充电电压到1.46—1.52V时认定充足，这是很不科学的，往往充电不足，特别是老化的电池其充电电压往往要达到1.58V以上时才能充足。



6.       时间：时间的测量我们往往感觉不到。但是在智能充电器中时间和充电电压却是时时监测和记忆的，如果充电电压的时间曲线出现异常，会即时做出反映。比如在充电的初期和中期如果电池电压下降，它会判断出与充足电时的-ΔV的区别，而做出电池损坏的判定；如果超出正常充电时间，还不出现充足电的电压和温度特征；智能充电器都会中止充电报警。补足充电的时间也是根据充电电流和实际充电时间智能决定的。



了解上述知识我们就知道，松下BQ-830不可能是真正的单片机智能充电器



      为了实现松下BQ-830充电器的完美改造，首先要推断出厂家的原始设计意图，我把自己测绘的原理图奉献给大家，以便共同切磋。这个图可能更容易看懂，但元件值却可能与你的不一样，但元件编号却是不会变的（除非我测绘有误），这是批量生产的常见情况。







请使用“图片另存为”保存后放大观看。红色的数字是接U1的相关引脚。关于U1各脚的功能及控制充电的方法是我反复用数字万能表测量后的推断，与大家共同探讨。







      我的松下BQ-830充电器改造方案：



方案一：  最简单实用适用于所有人。



      方法：将D9短路，相当于原电路在USB下的工况。与在R32上并联1K电阻的改造方案效果是一样的。这时可使用电压4.4V—6.5V电流500mA的任何电源适配器。使用USB口充电的效果也大大改善。其优点是简单实用。在正面改造，焊点大不会操作失误，在背面改造甚至不用焊接，用裸铜线将D9两端緾在一起即可。至于电源，相信我们淘汰下来的手机充电器大部分都符合上述电压电流条件。关键是插头的匹配：使用原12V插口，可在电子零件商店购买合适的插头，替换手机电源的插头。如果你动手能力不强，建议使用USB延长线改装，一定记住要使用承插口那端，由于USB口大，很容易焊接，求助任何普通电工都能胜任。



  实测电源电压3.58V时   充电总电流1.72A，折合2个电池时每个860MA



12V电源： 充电总电流2.64A  折合2个电池时每个1320MA



6V电源：  充电总电流2.06A  折合2个电池时每个1030MA



       可见适用电源的范围很大，我建议使用5-6V的电源适配器，这样安全性大些。



       这个方案其实具有一定的商业价值。试想松下BQ-830充电器的卖家经过如此简单的改造，再配一个插口合适的垃圾手机充电器，产品一定好卖，使用中又很少过热，应该越来越好卖。所以看了本帖。如果动心还是早下手好。







方案二：  安全简单实用，提供改善原机缺陷的方法，适用于具有动手能力的人。



       网上的朋友采用在R32上并联电阻的方法来降低充电电流，这个方法有一个缺陷，由于运算放大器U5A已经工作在其输入电压范围的边缘（0V）进一步降低这个电压并非明智之选，同时原电路降低电流的控制部分都在此并联电阻，我们降低了R32的电阻就便得原电路的控制比例降低了，同时选点位置的焊接条件也不好。如果我们在运算放大器的反相端增加电压，则与在R32上并联电阻其效果是一样的，并避免了上述隐患。方案二中的Ra和Rb与原机R36构成分压为U5A的2脚提供电压。我的机器R32是10K，Ra选470K与3M3并联，Rb为330K，开关选用单刀三掷。实测值如下：



上档：相当接入电阻748K   充电总电流1.77A  相当原机的USB口充电



中档： 相当未接入电阻     充电总电流2.86A  即是原机的12V充电



下档：相当接入电阻330K   充电总电流0.5A   增加的补足充电档



上档适用充2节3200--2200mAh 4节2400--1000mAh左右的充电电池,充电电流900与450mA



中档适用充2节3600mAh以上4节3600--1800mAh左右的充电电池，充电电流1400与700mA



下档为增加的补足充电档，充电电流250与125mA，当我们用上两档充电至第三格后在电池温度达到40-45度之间时立即拨至下档进行补足充电，可有效的降低温度，防止电池损坏。补足充电的时间为10-20分钟，如果超时仍不显示充满，可拨至上档，一般3-5分钟即可充满。这时进入原机的涓流充电状态。长期涓流充电不会对电池有害，有一定的补足充电作用。



网上的朋友改造方案一般没有补足充电档，从上边的讲述知道补足充电是快速充电必不可少的一步，不能忽略。



       此方案的缺点是需要人为干预。



增加液晶屏照明的方案： 如果你找不到下述高效LED白光灯，就不要无谓的尝试。



       适用的LED灯在10 mA时应能有强大的白光。普通的饰品、手电用的是低档的白光灯电流在100mA左右。我用的是在商业装璜中灯箱采用的12V三联白光灯，工作电流20mA，拆下一个，以45度角照于液晶中央与顶盖的缝隙中，效果不错。正宗液晶屏采用的是背光照明方案，我们学不了。但废弃液晶屏的照明灯有一部分是LED白光或蓝光灯也可采用。用微型白炽灯的由于寿命问题还是不要采用，如果要另加开关控制还不如另配一个微型电筒外部照明实用。贴片LED由于可直接贴装于液晶屏顶部的玻璃上应该是不错的选择，可惜白光的很难找并且需要装两个。



       LED的接线方法，直接或串电阻接在 3V上似乎不妥，因为 3V是基准电压，增加负载会使电压下降或不稳。我是把LED串接在 3V的降压回路上，这样不额外消耗任何能源，电流又稳定在10—15mA不需要稳流电阻。实际操作如改装图所示，在正面印刷电路上划断再串入LED即可。



完美改造方案的探求：



如果在方案二的基础上实现自动转入补足充电，改造后的松下BQ-830充电器就是一个完美的快速充电器了。虽非智能但是安全实用价格低廉。在它的原设计功能中是有SLOW慢充功能的，我认为在设计后的搭机实验中这个功能还能实现，但大规模生产后却实现不了慢充，并且还不能轻易排除这个故障。如果找到故障原因并成功排除完美改造就可实现。



为此我们需要了解BQ-830的检测方法，我经反复检测推敲认为BQ-830的检测方法是：



充电35秒左右后开始轮流检测各电池停充后电压， U1的1脚为充电检测切换控制，高电位停充。检测时间 约0.5--1秒（1-4节）。在检测时间段U1的1脚为高电位，U1的2脚发出一串锯齿波，同时同步的顺序开启关闭各待检电池，并根据U2D 14脚电位翻转的时间来推断电池的电压。



在此同时似乎再利用一个脉冲周期同时测出温度是否超过规定值。从而决定液晶如何显示；某电池是否充足以及是否进入SLOW（慢充）补足充电



此后又进入下一轮的充电周期。



根据电路分析，测电压的锯齿波应该是从1.2V升至1.6V，测温的锯齿波应该是从0.47V升至0.69V，也可能是顶部为0.65-0.69V的一个方波。由于我搬家至上海所以现在手头没有示波器，烦请有示波器的朋友代为测试一下U1的2脚电压（测点TP68）。这个锯齿波每35秒出现一次，锯齿波数量与充电电池数量相关。不是长佘辉的示波器难以拍照，其实手绘的波型图更清晰。关键是波形各拐点的电压和时间要测准确，没有20个回合难以完成。



只有有了这个波型图改造才会有方向，当然还有一个可能就是U1这个中规模数字集成电路没有达到设计要求，那就没有任何可能达到完美改造了。



画完波型图的网上朋友请发到我的信箱：bg518@163.com ,预祝我们共同携手完成松下BQ-830充电器的完美改造。