鋰電池充電器測試小方案

　　圖2電路模擬的是單節鋰離子電池。充電器CC階段的終止充電電壓和快速充電電流由充電器設置決定。仿真器初始化時(shí)，可設置完全放電條件下內部電池電壓為3V，但該電壓可以提升到4.3V，以測試過(guò)充電情況。3V初始值通常用于低電池電壓關(guān)斷電路(用來(lái)終止鋰離子電池放電過(guò)程)。這種設計專(zhuān)門(mén)針對終止充電壓為4.2V的標準CC-CV鋰離子電池充電器。該設計調整起來(lái)很容易，能夠適應非標準終止電壓和完全放電電壓的測試。測試時(shí)充電器用高達3A的充電電流驅動(dòng)仿真電路，受功率晶體管功耗的限制。圖2電路模擬了電池電壓增加的情況，電池電壓是從仿真電路設置為完全放電狀態(tài)開(kāi)始，電路充電電流的函數。

　　根據圖中給出的參數值，充電電流為1A時(shí)，積分時(shí)間常數使模擬電路在6至7秒內達到充電器的4.2V限制。對電流范圍、內阻、充電終止電壓和完全放電電壓的模擬是在鋰離子電池(本例中指Sony US18650G3)典型參數的基礎上完成的。所仿真的電池電壓沒(méi)有考慮環(huán)境溫度的影響。

　　圖2 單節Li+電池充電情況的仿真電路，該電路可以在不使用實(shí)際電池的情況下測試Li+電池充電器

　　并聯(lián)穩壓器設計采用MAX8515并聯(lián)穩壓器和一對雙極型功率晶體管(選擇該穩壓器時(shí)考慮了其內部基準電壓的精度)，大電流TIP35晶體管安裝在能夠耗散25W熱量的散熱器上。

　　MAX4163雙運放的其中一個(gè)放大器用來(lái)對充電電流積分，另一個(gè)放大器對電流測量信號進(jìn)行放大和偏置。該運算放大器具有較高的電源抑制比，并可支持滿(mǎn)擺幅輸入/輸出范圍，簡(jiǎn)化了兩種功能電路的設計。注意，與電池仿真器正端串聯(lián)的0.100Ω電流檢測電阻同時(shí)也作為電池內阻。

　　在具有自動(dòng)測試-數據采集功能的系統內工作時(shí)，可用外部信號將仿真電池復位到完全放電狀態(tài)。另外，手動(dòng)操作測試設置時(shí)，可用按鍵復位。

　　利用單刀單擲開(kāi)關(guān)可以選擇仿真電池的兩種工作模式。擲向A端時(shí)，實(shí)現積分充電仿真器，如上所述。擲向B端時(shí)，仿真器將設定在某一固定的直流工作點(diǎn)對充電器進(jìn)行現場(chǎng)測試時(shí)的輸出電壓和吸電流。為實(shí)現這一功能，“設置”電壓可通過(guò)改變50kΩ可變電阻，在2.75V至5.75V之間手動(dòng)調整。這些設置電壓值與內部吸入電流有關(guān)。仿真器端實(shí)測電壓(VBATT)等于設定電壓加上吸電流流經(jīng)仿真電池內阻(0.100Ω電阻)產(chǎn)生的壓降。仿真電路工作時(shí)的電源取自電池充電器輸出。

　　仿真電路的性能

　　圖3為模擬鋰離子電池充電至4.2V時(shí)獲得的典型V-I波形。從圖中可以看出兩個(gè)測試過(guò)程：一個(gè)是以1A初始快充電流充電(曲線(xiàn)B和D)，另一個(gè)是以2A快充電流充電(曲線(xiàn)A和C)。這兩種情況下，首先進(jìn)入CC階段充電，直到電池電壓達到終止電壓4.2V。在此之后，電流呈指數衰減，而仿真電池的電壓保持不變。充電電流為2A時(shí)到達終止電壓所需的時(shí)間更短，與預期設計相同。然而，請注意，電流加倍不會(huì )使充電時(shí)間減半，只會(huì )使到達CV模式的時(shí)間減半，與真實(shí)電池負載的測試情況一樣。

　　圖4為兩個(gè)不同設置電壓：3V和4.1V時(shí)的吸電流V-I曲線(xiàn)。兩個(gè)曲線(xiàn)的動(dòng)態(tài)電阻(用斜率表示)僅僅是由0.100Ω電阻模擬的電池內阻。

　　圖3 根據圖2電池仿真電路繪制出的圖形，快速充電波形表明兩種條件下電池充電器的工作情況，分別是：CC階段提供1A (曲線(xiàn)B和D)和2A (曲線(xiàn)A和C)充電電流

　　圖4 圖2電路在電壓為4.1V (上部曲線(xiàn))和3V (下部曲線(xiàn))時(shí)的吸入電流，兩種情況下斜率均代表0.1Ω內阻

　　結語(yǔ)

　　由于鋰離子電池充電過(guò)程需要一小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間，利用實(shí)際負載測試鋰電池充電器將非常耗時(shí)，而且往往不切實(shí)際。為了加快電池充電器測試，本文介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單電路，用來(lái)模擬鋰離子電池。該電路提供了一個(gè)不使用實(shí)際電池對鋰電池充電器進(jìn)行測試的有效手段。