DS2770 Li+電池脈沖充電器與線(xiàn)性充電器的性能比較

脈沖充電器具有許多與線(xiàn)性充電器相同的優(yōu)點(diǎn)，如：簡(jiǎn)單、廉價(jià)、小尺寸、外部元件少等。與線(xiàn)性充電器相比，脈沖充電器還具有一些獨特的優(yōu)勢，它的熱量主要耗散在墻上適配器、而不是充電器本身，由此，設計中不需要考慮散熱問(wèn)題。當然，它也存在某些缺陷，按照傳統的觀(guān)點(diǎn)，Li+電池脈沖充電器可能導致電池過(guò)早地老化，這一結論是以恒流充電過(guò)程和脈沖充電過(guò)程采用了相同的充電電流為前提的。利用DS2770構成的脈沖充電器進(jìn)行一系列測試后，所得數據與傳統觀(guān)點(diǎn)并不相符。本文對線(xiàn)性充電器(CC/CV)和DS2770電池監視與脈沖充電器的測試數據進(jìn)行了比較，主要對比了充電時(shí)間、電池有效容量和電池壽命等項指標。
充電時(shí)間和電池壽命

圖1  線(xiàn)性充電器和脈沖充電器測試裝置

圖2  脈沖充電器與線(xiàn)性充電器在全溫范圍內充電時(shí)間對照圖

圖3  脈沖充電器與線(xiàn)性充電器在全溫范圍內可用電池容量對照圖

圖4  線(xiàn)性充電與脈沖充電時(shí)電池壽命對照圖

DS2770電池監視器與充電控制器構成Li+電池充電器，用于提供脈沖充電、并在試驗中充當庫侖計，庫侖計用于測量電池經(jīng)過(guò)反復充電后的容量跌落值。圖1所示為具體采用的測試電路。充電電源采用Keithley Model 2304，其開(kāi)路電壓設置為6.0V，配置為脈沖充電器時(shí)，Keithley連接到節點(diǎn)A(圖1)，電流限制為750mA。啟動(dòng)充電后，DS2770將以所限制的電流為電池充電、直到電池電壓達到4.2V時(shí)，轉至脈沖充電，脈沖寬度(tPULSE)為875ms(典型值)，當tPULSE + tOFF = 14s(典型值)、占空比為6.25%時(shí)。終止充電。線(xiàn)性充電模式下，Keithley在恒流充電期間被設置為6.0V@750mA、與節點(diǎn)B連接在一起，此時(shí)，DS2770只用于測量恒流充電時(shí)的電池電壓和恒壓充電時(shí)的電池電流，如果檢測到電池電壓達到4.2V，Keithley將保持節點(diǎn)B為固定的4.2V。當DS2770檢測到充電電流遞減至50mA(節點(diǎn)B為4.2V)時(shí)，將終止充電過(guò)程，認為電池已充滿(mǎn)。
另一個(gè)Keithley 2304用于放電周期的模擬負載，測試中所采用的放電過(guò)程均在25℃環(huán)境溫度下進(jìn)行，并在任何充電模式下保證相同的放電特性。以750mA的直流負載電流將電池放電至3.4V；釋放負載后，電池電壓將有所回升，然后以250mA的直流繼續放電，使電池電壓跌至3.4V；最后，以50mA的負載電流繼續放電，當電池電壓再次跌至3.4V時(shí)，認為電池已完全放電。從放電開(kāi)始到放電結束，DS2770累計電流寄存器(ACR)內數值之差被當作每次充電的有效電池容量記錄下來(lái)。

充電時(shí)間和電池有效容量
試驗中采用一款新的1400mAh鋰聚合物電池進(jìn)行測試，充電器分別采用DS2770構成的脈沖充電器和分立式線(xiàn)性充電器，由于電池容量在最初的幾次充電/放電過(guò)程中會(huì )有較大的變化，所以在進(jìn)行實(shí)際測試之前，首先對電池重復進(jìn)行10次充、放電。整個(gè)試驗從40℃環(huán)境溫度下用DS2770脈沖充電器對完全放電的電池進(jìn)行充電開(kāi)始，記錄充電開(kāi)始和充電結束的時(shí)間(利用PC機時(shí)鐘)；室溫恢復到25℃時(shí)，按照上述放電過(guò)程將電池電量完全放掉，記錄放電開(kāi)始和放電結束時(shí)對應的ACR數值之差、將其作為電池的有效容量。完成脈沖充電測試后，用線(xiàn)性穩壓器在40℃環(huán)境溫度下對電池進(jìn)行充電，并記錄充電時(shí)間；然后，在25℃時(shí)按照相同的放電過(guò)程對電池進(jìn)行放電處理，記錄ACR的差值。在0℃至40℃范圍內、按照5℃間隔重復上述試驗。所得結果如圖2和圖3所示。
從上述曲線(xiàn)可以看出：在給定溫度下，兩種充電模式得到的電池有效容量基本相同，高溫區域脈沖充電模式下獲得的有效電池容量略高于線(xiàn)性模式充電時(shí)的電池容量，低溫區域結論恰好相反。兩種充電模式對應的充電時(shí)間相差較大，低溫充電時(shí)，恒壓浮充過(guò)程所占用的時(shí)間要比脈沖浮充時(shí)間長(cháng)37%；40℃時(shí)，脈沖充電過(guò)程時(shí)間縮短了14%。測試結果表明：脈沖充電明顯比線(xiàn)性充電過(guò)程快。

電池壽命比較
為了比較脈沖充電模式和線(xiàn)性充電模式對電池使用壽命的影響，我們選用了兩個(gè)新的1400mAh鋰聚合物電池，兩個(gè)電池分別利用線(xiàn)性充電器和脈沖充電器重復充電/放電500次，以電池有效容量的衰減作為衡量電池壽命的標準，試驗結果如圖4所示。試驗表明：脈沖充電方式對于電池壽命的影響更小。25℃時(shí)，利用CC/CV方式對電池重復充電/放電500次后，電池有效容量要比脈沖方式下進(jìn)行相同測試后的結果降低4.6%。

結語(yǔ)
線(xiàn)性充電器和脈沖充電器同樣具有結構簡(jiǎn)單、成本低、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，但是，線(xiàn)性充電器的熱量主要耗散在調整管上，設計中需要考慮散熱問(wèn)題，脈沖充電器需要限流型電流源，但其熱量主要耗散在充電電源上、而非電池組內部。傳統的觀(guān)點(diǎn)認為：由于脈沖充電器在電池電壓達到VCV時(shí)是以1C的脈動(dòng)電流進(jìn)行充電，使電池壽命受到較大影響。利用DS2770電池監視器和充電控制器對電池進(jìn)行充電，測試結果表明：脈沖充電器充電速度比線(xiàn)性充電器快16%(25℃)，并保持基本相同的有效電池容量；利用DS2770構成的脈沖充電器對Li+電池重復充電500次后對電池壽命的影響更小?！?/p>