電池充電器原理

鎳鎘電池充電

在0.05C至大于1C的范圍內對NiCd電池恒流充電。一些低成本充電器使用絕對溫度終止充電。雖然簡(jiǎn)單、成本低，但這種充電終止方法不精確。更好的方法是通過(guò)檢測電池充滿(mǎn)時(shí)的電壓跌落終止充電。對于充電速率為0.5C或更高的NiCd電池，-ΔV方法是最有效的。-ΔV充電終止檢測應與電池溫度檢測相結合，因為老化電池和不匹配電池可能減少ΔV。

通過(guò)檢測溫升速率(dT/dt)可以實(shí)現更精確的滿(mǎn)充檢測，這種滿(mǎn)充檢測比固定溫度終止對電池更好?；?Delta;T/dt和-ΔV組合的充電終止方法可避免電池過(guò)充，延長(cháng)電池壽命。

快速充電可改善充電效率。在1C的充電速率下，效率可以接近1.1 (91%)，充滿(mǎn)一個(gè)空電池的時(shí)間為1小時(shí)多一點(diǎn)。當以0.1C充電時(shí)，效率便下降到1.4 (71%)，充電時(shí)間為14小時(shí)左右。

因為NiCd電池對電能接收程度接近100%，所以幾乎所有的能量在充電開(kāi)始的70%期間被吸收，而且電池保持不發(fā)熱。超快速充電器利用該特點(diǎn)，在幾分鐘內將電池充到70%，以幾C的電流充電而無(wú)熱量產(chǎn)生。充到70%后，電池再以較低速率繼續充電，直到電池充滿(mǎn)。最后以0.02C至0.1C的涓流結束充電。

鎳氫電池充電

盡管NiMH充電器與NiCd充電器類(lèi)似，但是，NiMH充電器采用ΔT/dt方法終止充電，這是到目前NiMH電池充電的最好辦法。NiMH電池充電結束時(shí)電壓下降比較小，而對低充電速率(低于0.5C，這取于溫度)可能不出現電壓下降。

新的NiMH電池會(huì )在充電周期內過(guò)早地出現錯誤峰值，這會(huì )導致充電器過(guò)早結束充電。此外，單用-ΔV檢測結束充電幾乎肯定會(huì )出現過(guò)充，導致在電池失效前限制充放電次數。

似乎沒(méi)有在所有條件下(新或舊，熱或冷，全部或部分放電)都適用的NiMH電池的-dV/dt充電算法。因此，除非NiCd充電器使用了dT/dt方法終止充電，否則不能用NiCd充電器為NiMH電池充電。而且，因為NiMH電池不能很好的吸收過(guò)充，所以，涓流充電電流比NiCd電池小(約0.05C)。

NiMH電池的慢充比較困難。因為以0.1C至0.3C的速率充電時(shí)，電壓和溫度的變化不能準確指示電池已充滿(mǎn)。因此，慢速充電器必須依靠定時(shí)器來(lái)決定何時(shí)結束充電。以此，為保證NiMH電池充滿(mǎn)，應以接近1C的速率(或電池制造商指定速率)快速充電，同時(shí)監控電壓(ΔV = 0)和溫度(dT/dt)來(lái)確定何時(shí)結束充電。

鋰離子和鋰聚合物電池充電

鎳基電池充電器限制電流，而鋰離子電池充電器則需同時(shí)限制電壓和電流。最初的鋰離子電池充電電壓限制在4.10V/節。電壓越高意味著(zhù)容量越大，現在可以通過(guò)增加化學(xué)添加劑實(shí)現4.20V電池電壓。當前的鋰離子電池一般充電到4.20V，容差為±0.05V/節。

當端電壓達到電壓閾值并且充電電流降至0.03C (約Icharge的3%，參考圖6)時(shí)表明電池已充滿(mǎn)。多數充電器達到滿(mǎn)充的時(shí)間約為3小時(shí)。盡管某些線(xiàn)性充電器聲稱(chēng)Li+電池充電只需約一小時(shí)，但這類(lèi)充電器通常在電池端電壓達到4.2V時(shí)就終止充電，這種方法只能將電池充到其容量的70%。

圖6. 恒流、恒壓充電，主要用于蜂窩電話(huà)，無(wú)線(xiàn)設備和筆記本電腦。

較高的充電電流并不會(huì )使充電時(shí)間縮短太多。較高的充電電流能較快達到電壓峰值，但是浮充需要較長(cháng)時(shí)間。通常，浮充時(shí)間是初始充電時(shí)間的兩倍。

鋰離子電池保護

因為L(cháng)i+電池過(guò)充或過(guò)放可能會(huì )導致爆炸并造成人員傷害，所以使用這類(lèi)電池時(shí)，安全是主要關(guān)心的問(wèn)題。因此，商用鋰離子電池組通常包括象DS2720這樣的保護電路(圖7)。DS2720提供了可充電Li+電池所需的所有保護功能，如：在充電時(shí)保護電池、防止電路過(guò)流、通過(guò)限制電池的放電電壓延長(cháng)電池壽命。

圖7. DS2720鋰電池保護IC的典型應用電路

DS2720 IC使用外部開(kāi)關(guān)元件，如低成本n溝道功率MOSFET，來(lái)控制充電和放電電流。內部9V的電荷泵為外部n溝道MOSFET提供高端驅動(dòng)，與常見(jiàn)使用相同FET的低端保護電路相比具有更低的導通電阻。FET導通電阻實(shí)際上隨電池放電而減少(見(jiàn)圖8)。

圖8. 受DS2720高端模式控制的保護FET電阻小于傳統低端模式FET電阻。受DS2720控制的FET電阻實(shí)際上隨電池電壓下降而降低。

DS2720穩壓的高端n-FET驅動(dòng)，即便在放電快結束時(shí)，都能保證低開(kāi)關(guān)阻值。這將延長(cháng)便攜設備運行時(shí)間。

監控電池過(guò)壓/欠壓，過(guò)流和過(guò)熱

穩壓電荷泵支持高端模式n型溝道MOSFET

集成電池選擇功能

8字節可鎖定用戶(hù)EEPROM

64位唯一電子序列號

低功耗：工作15µA，靜態(tài)1µA

提供8引腳MSPO微型封裝

1-Wire®數據通訊接口

DS2720允許用戶(hù)通過(guò)數據接口或專(zhuān)用輸入控制外部FET，減少了可充電Li+電池系統中額外的功率開(kāi)關(guān)控制。DS2720通過(guò)其1-Wire接口提供主機系統對狀態(tài)和控制寄存器、測量寄存器，以及通用數據存儲器的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)。每個(gè)器件都有一個(gè)工廠(chǎng)編程的64位唯一地址，允許主機系統單獨尋址每個(gè)器件(圖9)。