鋰離子電池太陽(yáng)能充電器設計技巧

充電終止

鋰離子電池充電要求對電池實(shí)施精確的電流和電壓控制，以確保電池電量充滿(mǎn)，防止縮短電池使用壽命，并防止在充電期間出現危險狀態(tài)。鋰離子電池充電的常見(jiàn)過(guò)程（請參見(jiàn)圖 3）可分為如下三個(gè)階段：預穩壓、恒定電流充電和恒定電壓充電。

圖 3 鋰離子電池充電不同階段的電池電壓和電流曲線(xiàn)圖

在預穩壓階段，利用 0.1C 恒定電流（通常情況）對電池充電，以使電池電壓緩慢上升至 2.5V 左右。該階段僅用于深度放電的電池。一旦電池電壓上升至 ~2.5V 以上，則使用恒定電流充電。在恒定電流充電階段，利用 1C 恒定電流（通常情況）對電池充電，直到電池電壓達到 ~4.2V。一旦電池電壓達到 ~4.2V，則使用 4.2V 恒定電壓對電池充電。在這一階段，需對進(jìn)入電池的電流情況進(jìn)行監控。當電池電流降至 0.1C 時(shí)，充電終止。在恒定電壓充電階段，進(jìn)入電池的電流會(huì )減少，原因是電池充滿(mǎn)時(shí)電池阻抗增加。一旦電流減少至 0.1C 以下，充電源必須完全從電源斷開(kāi)。如果未徹底斷開(kāi)，會(huì )出現金屬鋰電鍍現象，讓電池變得不穩定，從而出現危險狀態(tài)。我們必須根據進(jìn)入電源的電流情況來(lái)終止鋰離子電池充電，以保證電池剛好充滿(mǎn)至其最大電量。

使用太陽(yáng)能充電的充電器必須遵循上述充電過(guò)程。問(wèn)題大多會(huì )出現在對電池電流進(jìn)行監控的恒定電壓充電階段。進(jìn)入到電池的電流可能會(huì )減少，但不是因為電池電量的增加，而是因為光照環(huán)境變化帶來(lái)太陽(yáng)能板輸出的降低。因此，電池可能永遠也不會(huì )充滿(mǎn)至其最大電量，而且太陽(yáng)能板可能會(huì )一直連接電池。要想解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以使用一個(gè)長(cháng)時(shí)恒定計時(shí)器。計時(shí)結束時(shí)，太陽(yáng)能板便從充電器斷開(kāi)，而不用考慮電池電量情況，這樣便可以防止電池損壞。

太陽(yáng)能電池板崩潰保護

在一些傳統的充電器中，我們預先知道電源的電流和電壓大小。因此，充電器電路專(zhuān)門(mén)為電源規定范圍內運行而設計。使用太陽(yáng)能電池板輸出時(shí)，電流大小和開(kāi)路電壓都是動(dòng)態(tài)的，其取決于周?chē)沫h(huán)境。所以，相比墻上電源適配器，為太陽(yáng)能充電器設計控制環(huán)路要更有挑戰性一些。

利用太陽(yáng)能進(jìn)行鋰離子電池充電的系統，在努力維持鋰離子電池充電過(guò)程的同時(shí)，還要不能讓太陽(yáng)能板出現意外崩潰現象。因為如果太陽(yáng)能板電壓急劇下降，就無(wú)法從太陽(yáng)能板獲得有用的電能。在恒定電流充電階段出現太陽(yáng)能板崩潰的機率較大。在這一階段，太陽(yáng)能板可能無(wú)法提供電池充電所需的電流。當出現這種情況時(shí)，太陽(yáng)能板電壓開(kāi)始迅速崩潰。因此，充電器必須能夠檢測到太陽(yáng)能板電壓的快速下降，并立即減少從太陽(yáng)能板獲取電流，從而防止太陽(yáng)能板崩潰。

總結

太陽(yáng)能充電器可以為鋰離子電池提供一種移動(dòng)的、有益環(huán)境的充電方法。在進(jìn)行太陽(yáng)能充電器設計時(shí)，會(huì )遇到許多在進(jìn)行墻上電源適配器充電器設計時(shí)所碰不到的問(wèn)題。如果設計人員開(kāi)動(dòng)腦筋，便可以設計出一些能夠使用太陽(yáng)能、USB和墻上電源適配器輸入的充電器，實(shí)現對鋰離子電池的完美充電。