鋰離子電池太陽(yáng)能充電器設(shè)計(jì)技巧

充電終止

鋰離子電池充電要求對(duì)電池實(shí)施精確的電流和電壓控制，以確保電池電量充滿(mǎn)，防止縮短電池使用壽命，并防止在充電期間出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)。鋰離子電池充電的常見(jiàn)過(guò)程（請(qǐng)參見(jiàn)圖 3）可分為如下三個(gè)階段：預(yù)穩(wěn)壓、恒定電流充電和恒定電壓充電。

圖 3 鋰離子電池充電不同階段的電池電壓和電流曲線(xiàn)圖

在預(yù)穩(wěn)壓階段，利用 0.1C 恒定電流（通常情況）對(duì)電池充電，以使電池電壓緩慢上升至 2.5V 左右。該階段僅用于深度放電的電池。一旦電池電壓上升至 ~2.5V 以上，則使用恒定電流充電。在恒定電流充電階段，利用 1C 恒定電流（通常情況）對(duì)電池充電，直到電池電壓達(dá)到 ~4.2V。一旦電池電壓達(dá)到 ~4.2V，則使用 4.2V 恒定電壓對(duì)電池充電。在這一階段，需對(duì)進(jìn)入電池的電流情況進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電池電流降至 0.1C 時(shí)，充電終止。在恒定電壓充電階段，進(jìn)入電池的電流會(huì)減少，原因是電池充滿(mǎn)時(shí)電池阻抗增加。一旦電流減少至 0.1C 以下，充電源必須完全從電源斷開(kāi)。如果未徹底斷開(kāi)，會(huì)出現(xiàn)金屬鋰電鍍現(xiàn)象，讓電池變得不穩(wěn)定，從而出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)。我們必須根據(jù)進(jìn)入電源的電流情況來(lái)終止鋰離子電池充電，以保證電池剛好充滿(mǎn)至其最大電量。

使用太陽(yáng)能充電的充電器必須遵循上述充電過(guò)程。問(wèn)題大多會(huì)出現(xiàn)在對(duì)電池電流進(jìn)行監(jiān)控的恒定電壓充電階段。進(jìn)入到電池的電流可能會(huì)減少，但不是因?yàn)殡姵仉娏康脑黾?，而是因?yàn)楣庹窄h(huán)境變化帶來(lái)太陽(yáng)能板輸出的降低。因此，電池可能永遠(yuǎn)也不會(huì)充滿(mǎn)至其最大電量，而且太陽(yáng)能板可能會(huì)一直連接電池。要想解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以使用一個(gè)長(zhǎng)時(shí)恒定計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，太陽(yáng)能板便從充電器斷開(kāi)，而不用考慮電池電量情況，這樣便可以防止電池?fù)p壞。

太陽(yáng)能電池板崩潰保護(hù)

在一些傳統(tǒng)的充電器中，我們預(yù)先知道電源的電流和電壓大小。因此，充電器電路專(zhuān)門(mén)為電源規(guī)定范圍內(nèi)運(yùn)行而設(shè)計(jì)。使用太陽(yáng)能電池板輸出時(shí)，電流大小和開(kāi)路電壓都是動(dòng)態(tài)的，其取決于周?chē)沫h(huán)境。所以，相比墻上電源適配器，為太陽(yáng)能充電器設(shè)計(jì)控制環(huán)路要更有挑戰(zhàn)性一些。

利用太陽(yáng)能進(jìn)行鋰離子電池充電的系統(tǒng)，在努力維持鋰離子電池充電過(guò)程的同時(shí)，還要不能讓太陽(yáng)能板出現(xiàn)意外崩潰現(xiàn)象。因?yàn)槿绻?yáng)能板電壓急劇下降，就無(wú)法從太陽(yáng)能板獲得有用的電能。在恒定電流充電階段出現(xiàn)太陽(yáng)能板崩潰的機(jī)率較大。在這一階段，太陽(yáng)能板可能無(wú)法提供電池充電所需的電流。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，太陽(yáng)能板電壓開(kāi)始迅速崩潰。因此，充電器必須能夠檢測(cè)到太陽(yáng)能板電壓的快速下降，并立即減少?gòu)奶?yáng)能板獲取電流，從而防止太陽(yáng)能板崩潰。

總結(jié)

太陽(yáng)能充電器可以為鋰離子電池提供一種移動(dòng)的、有益環(huán)境的充電方法。在進(jìn)行太陽(yáng)能充電器設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)遇到許多在進(jìn)行墻上電源適配器充電器設(shè)計(jì)時(shí)所碰不到的問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)人員開(kāi)動(dòng)腦筋，便可以設(shè)計(jì)出一些能夠使用太陽(yáng)能、USB和墻上電源適配器輸入的充電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的完美充電。