淺談電池充電器原理

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。保護模式

過(guò)壓

如果在VDD檢測的電池電壓超過(guò)過(guò)壓閾值VOV時(shí)間大于過(guò)壓延遲時(shí)間tOVD，則DS2720關(guān)閉充電FET，并將保護寄存器的OV置位。在過(guò)壓期間，放電通路保持開(kāi)放。除非被另外保護條件鎖定，當電池電壓降到充電使能閾值VCE以下或由于放電導致VDD - VPLS > VOC時(shí)，充電FET被重新使能。

欠壓

如果在VDD檢測的電池電壓低于欠壓閾值VUV時(shí)間大于欠壓延遲時(shí)間tUVD，則DS2720關(guān)閉充電和放電FET，并將保護寄存器的UV置位，使其進(jìn)入休眠模式。當電池電壓升到VUV以上和連接充電器后，IC打開(kāi)充電和放電FET。

短路

如果在VDD檢測的電池電壓低于放電閾值VSC時(shí)間達到延遲時(shí)間tSCD，則DS2720關(guān)閉充電和放電FET，并將保護寄存器的DOC置位。除非PLS上的電壓升至大于VDD - VOC，否則充電和放電FET不會(huì )導通。DS2720提供流經(jīng)內部VDD至PLS電阻RTST的測試電流，當VDD升至大于VSC時(shí)上拉PLS。DS2720利用此測試電流檢測有害低阻抗負載的移除。另外，測試電流還提供了流經(jīng)RTST，由PLS到VDD的恢復性充電通路。

過(guò)流

若加在保護FET的電壓(VDD - VPLS)大于VOC的時(shí)間超過(guò)了tOCD，則DS2720關(guān)斷外部充電和放電FET，并將保護寄存器DOC置位。直到PLS上的電壓升至大于VDD - VOC時(shí)電路才會(huì )導通。DS2720提供流經(jīng)內部VDD至PLS電阻RTST的測試電流來(lái)檢測有害低阻抗負載的移除。

過(guò)熱

若DS2720溫度超過(guò)TMAX，則立即關(guān)斷外部充電和放電FET。在以下兩個(gè)條件滿(mǎn)足前FET不會(huì )導通：電池溫度降到低于TMAX，主機將OT復位。

充電溫度

應盡量在室溫下充電。鎳基電池應在10°C至30°C