适合便携式系统的锂离子电池充电技术

《适合便携式系统的锂离子电池充电技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、适合便携式系统的锂离子电池充电技术

2、第1今天，便携式应用对电池提出了许多独特要求：电池必须具有高能量密度，以为便携式应用提供源源不断的能量(突发或连续模式)；电池重量要轻，占位面积要小；电池应能够安全地使用和防止可能的滥用，并具有无限期的闲置使用寿命；最后，电池应该具有极低的成本。由于锂离子或锂聚合物电池能满足大多数上述要求，因此它们已经成为当前便携式应用的首选电池。500)this.style.ouseg(this)">可充电锂离子电池的一般特性与其它现有电池相比，可充电锂离子电池具有多项优势，这使它们成为更适合于便

3、携式应用的电源。它们可以提供更高的能量密度(最高达200(之间，而ESL是纳亨量级的电感。我们将在下文中看到，ESR给在充电期间精确地检测电池电压带来了特殊的挑战。锂离子电池的充电方法有很多种。最简单的锂离子电池充电器通常指的是恒压(CV)充电器(见图1)。它由与电池两端相连的一个电流受限的恒压源组成。它的电流被限制在电池容量以下，输出电压调节为电池终止电压(炭阳极电池是4.1V，石墨阳极电池是4.2V)。能量耗尽的电池将尽可能吸收充电电源提供的电流。在给电池充电时，电池两端的电压将会上升，而充电电流将逐渐变小。当充电

4、电流下降到0.1C以下时，可以认为电池已被充满。因为不主张涓流充电(tricklecharg)，所以当充电结束时，充电器必须完全关闭或断开。为防止有缺陷的电池被不确定的电流充电，应使用后备定时器来终止充电过程。虽然恒压充电是一种成本相对较低的方法，但它的确需要很长的充电时间。由于电源电压保持恒定，随着电池不断被充电，充电电流将迅速下降，从而使充电的速度也迅速下降。然后，给电池充电的电流速率将远低于它可以承受的电流速率。一种更快的充电方法是恒流/恒压(CC/CV)充电，如图2所示。当开始充电时，CC/CV充电器首先施加一

5、个等价于电池容量C的恒定电流。为防止在恒流充电周期中过充电，需要监视电池封装两端的电压。当电压上升到给定的终止电压时，电路切换到恒压源工作模式。即使电池封装两端的电压达到终止电压，但因为在ESR上存在电压降，所以实际的电池电压将低于终止电压。在恒流充电期间，电池能以接近其终止电压的高电流速率充电，且不会有任何被施加高电压和发生过充电的威险。经恒流充电后，电池的容量将达到其额定值的约85%。在恒流周期结束后，充电器切换到恒压周期。在恒压周期，充电器通过监视充电电流来决定是否结束充电。与恒压充电器一样，当充电电流减小到电池

6、的0.1C以下时充电周期结束。图7显示了一个完整的CC/CV充电过程。尽管实现CC/CV充电方法需要更加复杂的电路，但因为它可以显著减少充电时间，所以各种不同的CC/CV充电方式在锂离子电池充电应用中居于主导地位。迄今为止，我们一直假定被充电的对象是质量好的电池。但情况并非总是如此。被充电的电池可能有缺陷而不能接受充电。此外，试图对有缺陷的电池进行快速充电可能会产生安全隐患。理想的充电器必须能检测所有可能的电池故障模式，并有针对性地进行充电。为简化问题，我们在前面的讨论中有意忽略了另一个因素，即电池温度。如果锂离子电池

7、的温度超出指定的温度范围，那么给它充电将是不安全的。目前，所有充电器都必须跟踪电压的变化，而CV/CC充电器甚至需要跟踪电流和电压。但正如前文所指出的，我们在提高充电器效率和延长电池寿命的同时不能忽略潜在的安全问题，这使我们越来越需要更智能的充电操作。500)this.style.ouseg(this)">为防止因意外把反向电压施加到电池上，所有锂离子电池包都包含一些复杂的电路。一般来说，保护功能包括防止过放电、过充电、过大的充/放电电流以及避免电池被施加高电压。在电池的充电或放电期间，如果任何参数超过了特定电池设置的

8、限制值，电芯与电池终端之间的连接将断开。通常，当反向电压被撤除或者电池被预置之后，经过一段时间，充电器将会复位。除了电子保护以外，电池还包含机械的二级过流保护器件。一种聚合物正温度系数(PPTC)过流保护器件被串联在电池封装与电芯终端之间。当发生过流时，PPTC器件从低阻抗状态转换到高阻抗状态，从而保护了电路。器件因I2R发热效应产生的热量导致它的温度上升，而上述变化正是器件温度快速增高的结果。好的充电器设计必须能够确定锂离子电池是否可以安全、有效地进行快速充电。下面是一些支持便携式应用的充电器实例。独立型充电器LP3

9、946LP3946是独立型单单元锂离子电池充电器，它带有一个集成的导通晶体管和电流传感电阻。除了充电功能外，它还可以工作在低压降(LDO)模式下。这个功能在制造过程中非常有用，因为在对产品进行测试和性能验证时，它免除了插入电池的需要。充电周期从插入电源变压器开始。充电器首先验证输入电压，如果它在允许的范围之内，充电器将启动电池认证