電池充電器原理

鎳鎘電池充電

在0.05C至大于1C的范圍內(nèi)對(duì)NiCd電池恒流充電。一些低成本充電器使用絕對(duì)溫度終止充電。雖然簡(jiǎn)單、成本低，但這種充電終止方法不精確。更好的方法是通過檢測(cè)電池充滿時(shí)的電壓跌落終止充電。對(duì)于充電速率為0.5C或更高的NiCd電池，-ΔV方法是最有效的。-ΔV充電終止檢測(cè)應(yīng)與電池溫度檢測(cè)相結(jié)合，因?yàn)槔匣姵睾筒黄ヅ潆姵乜赡軠p少ΔV。

通過檢測(cè)溫升速率(dT/dt)可以實(shí)現(xiàn)更精確的滿充檢測(cè)，這種滿充檢測(cè)比固定溫度終止對(duì)電池更好。基于ΔT/dt和-ΔV組合的充電終止方法可避免電池過充，延長(zhǎng)電池壽命。

快速充電可改善充電效率。在1C的充電速率下，效率可以接近1.1 (91%)，充滿一個(gè)空電池的時(shí)間為1小時(shí)多一點(diǎn)。當(dāng)以0.1C充電時(shí)，效率便下降到1.4 (71%)，充電時(shí)間為14小時(shí)左右。

因?yàn)镹iCd電池對(duì)電能接收程度接近100%，所以幾乎所有的能量在充電開始的70%期間被吸收，而且電池保持不發(fā)熱。超快速充電器利用該特點(diǎn)，在幾分鐘內(nèi)將電池充到70%，以幾C的電流充電而無(wú)熱量產(chǎn)生。充到70%后，電池再以較低速率繼續(xù)充電，直到電池充滿。最后以0.02C至0.1C的涓流結(jié)束充電。

鎳氫電池充電

盡管NiMH充電器與NiCd充電器類似，但是，NiMH充電器采用ΔT/dt方法終止充電，這是到目前NiMH電池充電的最好辦法。NiMH電池充電結(jié)束時(shí)電壓下降比較小，而對(duì)低充電速率(低于0.5C，這取于溫度)可能不出現(xiàn)電壓下降。

新的NiMH電池會(huì)在充電周期內(nèi)過早地出現(xiàn)錯(cuò)誤峰值，這會(huì)導(dǎo)致充電器過早結(jié)束充電。此外，單用-ΔV檢測(cè)結(jié)束充電幾乎肯定會(huì)出現(xiàn)過充，導(dǎo)致在電池失效前限制充放電次數(shù)。

似乎沒有在所有條件下(新或舊，熱或冷，全部或部分放電)都適用的NiMH電池的-dV/dt充電算法。因此，除非NiCd充電器使用了dT/dt方法終止充電，否則不能用NiCd充電器為NiMH電池充電。而且，因?yàn)镹iMH電池不能很好的吸收過充，所以，涓流充電電流比NiCd電池小(約0.05C)。

NiMH電池的慢充比較困難。因?yàn)橐?.1C至0.3C的速率充電時(shí)，電壓和溫度的變化不能準(zhǔn)確指示電池已充滿。因此，慢速充電器必須依靠定時(shí)器來(lái)決定何時(shí)結(jié)束充電。以此，為保證NiMH電池充滿，應(yīng)以接近1C的速率(或電池制造商指定速率)快速充電，同時(shí)監(jiān)控電壓(ΔV = 0)和溫度(dT/dt)來(lái)確定何時(shí)結(jié)束充電。

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(jié)。電壓越高意味著容量越大，現(xiàn)在可以通過增加化學(xué)添加劑實(shí)現(xiàn)4.20V電池電壓。當(dāng)前的鋰離子電池一般充電到4.20V，容差為±0.05V/節(jié)。

當(dāng)端電壓達(dá)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。多數(shù)充電器達(dá)到滿充的時(shí)間約為3小時(shí)。盡管某些線性充電器聲稱Li+電池充電只需約一小時(shí)，但這類充電器通常在電池端電壓達(dá)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，無(wú)線設(shè)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(dá)到電壓峰值，但是浮充需要較長(zhǎng)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(hù)

因?yàn)長(zhǎng)i+電池過充或過放可能會(huì)導(dǎo)致爆炸并造成人員傷害，所以使用這類電池時(shí)，安全是主要關(guān)心的問題。因此，商用鋰離子電池組通常包括象DS2720這樣的保護(hù)電路(圖7)。DS2720提供了可充電Li+電池所需的所有保護(hù)功能，如：在充電時(shí)保護(hù)電池、防止電路過流、通過限制電池的放電電壓延長(zhǎng)電池壽命。

圖7. DS2720鋰電池保護(hù)IC的典型應(yīng)用電路

DS2720 IC使用外部開關(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(nèi)部9V的電荷泵為外部n溝道MOSFET提供高端驅(qū)動(dòng)，與常見使用相同F(xiàn)ET的低端保護(hù)電路相比具有更低的導(dǎo)通電阻。FET導(dǎo)通電阻實(shí)際上隨電池放電而減少(見圖8)。

圖8. 受DS2720高端模式控制的保護(hù)FET電阻小于傳統(tǒng)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。

DS2720穩(wěn)壓的高端n-FET驅(qū)動(dòng)，即便在放電快結(jié)束時(shí)，都能保證低開關(guān)阻值。這將延長(zhǎng)便攜設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

監(jiān)控電池過壓/欠壓，過流和過熱

穩(wěn)壓電荷泵支持高端模式n型溝道MOSFET

集成電池選擇功能

8字節(jié)可鎖定用戶EEPROM

64位唯一電子序列號(hào)

低功耗：工作15µA，靜態(tài)1µA

提供8引腳MSPO微型封裝

1-Wire®數(shù)據(jù)通訊接口

DS2720允許用戶通過數(shù)據(jù)接口或?qū)Ｓ幂斎肟刂仆獠縁ET，減少了可充電Li+電池系統(tǒng)中額外的功率開關(guān)控制。DS2720通過其1-Wire接口提供主機(jī)系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)和控制寄存器、測(cè)量寄存器，以及通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫訪問。每個(gè)器件都有一個(gè)工廠編程的64位唯一地址，允許主機(jī)系統(tǒng)單獨(dú)尋址每個(gè)器件(圖9)。