鋰離子電池通話的多周期支持，以最大限度地提高正常運(yùn)行時(shí)間

用于便攜式裝置的充電系統(tǒng)不總是給出設(shè)計(jì)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的，但它可以在系統(tǒng)的電池壽命的一個(gè)主要作用，并適當(dāng)優(yōu)化，可以允許使用比否則將需要較小的電池組。不僅是需要緊湊的電池管理控制器，但情報(bào)也需要在戰(zhàn)術(shù)部署以使電力系統(tǒng)被正確優(yōu)化。本文將著眼于鋰離子化學(xué)的需要充什么技術(shù)可以用來(lái)最大限度地提高能源輸送與儲(chǔ)存和總結(jié)可用于該目的的關(guān)鍵解決方案方面。

鋰離子(Li-ion)電池的化學(xué)極大地提高了便攜設(shè)備的功率密度相比老技術(shù)，如鎳鎘，有了它，這些系統(tǒng)的一次充電運(yùn)行時(shí)間。鋰離子電池有鎳鎘和鎳金屬氫化物化學(xué)品，這也有助于貨架壽命，使設(shè)備運(yùn)充電，使得客戶(hù)不必使用它們之前，將他們的采購(gòu)量的一半，自放電率。

鋰離子電池的缺點(diǎn)相比，早期的化學(xué)物質(zhì)是充電比舊技術(shù)要復(fù)雜得多。然而，細(xì)心的管理可以用來(lái)最大限度地提高鋰離子電池的電力輸送，不僅為用戶(hù)提供更好的體驗(yàn)，同時(shí)也讓設(shè)計(jì)被縮小到使用更小的電池。由于電池是尺寸和重量身打扮的，這里所做的任何節(jié)省可以通過(guò)一個(gè)充電電路的取代作出另一個(gè)可以是戲劇性的顯著比例。

用鋰離子電池的關(guān)鍵問(wèn)題是，他們對(duì)過(guò)充非常敏感，因?yàn)檫^(guò)高的電壓將推出縮短電池的壽命用料講究的。他們還提出了一個(gè)危險(xiǎn)的安全，如果收取超出4.2V，每個(gè)單元的電壓。

成本較低的充電電路，避免因不摘心電池達(dá)到其現(xiàn)實(shí)限制過(guò)度充電的問(wèn)題。它們采用一個(gè)所謂的“充電并運(yùn)行”的策略，其具有顯示要快的優(yōu)點(diǎn)。這種策略利用了鋰離子充電曲線的特性，其可以被分為4個(gè)主要階段。第一階段使用的恒定電流供給電池。當(dāng)電池充電時(shí)，其電壓增加或多或少線性。該電壓變平的峰值，此時(shí)充電器能站附近。然而，將僅約為百分之八十五此時(shí)充電，從而導(dǎo)致更低的使用時(shí)間比在理論上是可能的。

此外，為安全起見(jiàn)，將截止電壓通常設(shè)定比最大電壓，這進(jìn)一步減少了在施加到電池的最大充電顯著低。 3.8 V A截止而不是典型的最大為4.2V導(dǎo)致電池容量的僅60%的可用。在飽和或恒壓階段進(jìn)行充電的剩余部分。雖然快速充電器可減少需要得到的飽和期通過(guò)增加充電電流的時(shí)候，這有延長(zhǎng)的飽和階段，這需要仔細(xì)和精確管理，以避免過(guò)載的作用。

充電階段的鋰離子電池圖片

圖1：充電階段的鋰離子電池，包括高溫條件下的熱調(diào)節(jié)階段。

因此很難檢測(cè)何時(shí)電池完全充電，所以時(shí)間或電流水平被用作代理，以指示如何接近全電池成了。一般情況下，飽和充電大約需要兩個(gè)小時(shí)，提供一套合理的時(shí)間。在飽和充電時(shí)，電流呈指數(shù)下降。當(dāng)該電流達(dá)到在第一階段中使用的水平的約百分之三，電池通常被認(rèn)為是完全充電并且過(guò)程可以停止。飽和充電期間使用的電壓需要在一個(gè)%或更高，以被調(diào)節(jié)到。執(zhí)行飽和充電電路可同時(shí)使用電流感應(yīng)和定時(shí)器管理過(guò)程，以確保如果傳感器發(fā)生故障時(shí)，電源會(huì)在一段時(shí)間后切斷，防止金屬鋰積聚，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)。

溫度也對(duì)控制充電的一部分。在第一階段期間，內(nèi)部電阻相對(duì)較低，并且該電池不發(fā)熱顯著。一旦進(jìn)入飽和階段，電池可變得溫暖。所以，溫度傳感器可以是重要的，以確保電池不會(huì)過(guò)熱和形成危險(xiǎn)，安全性。電池制造商將指定安全溫度范圍為他們的產(chǎn)品，常常提供電池組可以與充電器電路中的ADC或比較器電路被用于內(nèi)的熱敏電阻。

對(duì)于深度放電的電池，有需要之前第一階段充電過(guò)程。這使用涓流充電恢復(fù)電荷的耗盡的電池 - 檢測(cè)到，因?yàn)樗鼈兊碾妷簩⒌陀? V一旦足夠的電荷已經(jīng)通過(guò)涓流過(guò)程中所提供的電壓將上升到3 V和正常的第一階段充電過(guò)程以上可以接管。

包裝在一個(gè)小巧的DFN封裝，LTC4065充電器IC來(lái)自凌力爾特公司提供的反饋回路如何被組織，支持多種充電所需的鋰離子電池模式的一個(gè)例子。設(shè)備支持恒定電流和恒定電壓充電方式，以及一個(gè)用于恒溫能夠以有效的充電接近電池的熱限制。為了支持高溫充電，LTC4065具有熱限制電路。這使充電電流來(lái)根據(jù)典型，而不是最壞情況進(jìn)行設(shè)置，環(huán)境溫度為給定的應(yīng)用，它保證在會(huì)自動(dòng)減小充電電流在最壞情況的條件。

在LTC4065，三放大器反饋環(huán)路控制所述恒流，恒壓，和恒溫模式。第四放大器反饋回路用于增加一個(gè)電流源對(duì)的輸出阻抗，以確保1的漏極電流正好比第二的漏極電流越大一千倍。單獨(dú)的反饋環(huán)路，用于恒定電流和恒定電壓操作力的充電器插入這些模式基于哪個(gè)正在試圖減小充電電流的大部分。其他放大器的輸出飽和低，從而有效地從系統(tǒng)中刪除它的循環(huán)。當(dāng)在恒定電流模式時(shí)，它驅(qū)動(dòng)的充電電流編程(PROG)引腳上的電壓輸出為精確1五，PROG引腳方案目前通過(guò)使用一個(gè)百分比的公差電阻(RPROG)的。恒壓環(huán)路驅(qū)動(dòng)其反相輸入端與內(nèi)部參考電壓時(shí)恒壓模式是有利的。內(nèi)部電阻分壓器保證了電池電壓保持在4.2伏。PROG引腳電壓也給出了充電電流的過(guò)程中恒定電壓模式的指示。

在典型的操作中，充電循環(huán)開(kāi)始在恒流模式 - 電流提供給電池等于1000的V / RPROG。如果LTC4065導(dǎo)致結(jié)溫度接近115℃下的功耗，上述溫度限制放大器將開(kāi)始減小充電電流以限制模具溫度保持在大約115℃。一旦出溫度限制模式時(shí)，LTC4065或者返回到恒流模式或進(jìn)入從恒溫模式恒壓模式。不管模式時(shí)，PROG引腳上的電壓正比于提供給電池的電流。

內(nèi)部定時(shí)器電路和涓流充電管理完成所需要的有效的鋰離子電池管理功能。該器件提供±0.6%的浮動(dòng)電壓準(zhǔn)確度，只需要兩個(gè)外部元件。當(dāng)輸入電源被拿掉時(shí)，LTC4065自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài)，將電池漏電流低于1μA。隨著電力應(yīng)用中，LTC4065可投入停機(jī)模式，從而將電源電流低于20μA。

凌力爾特的LTC4065流程圖的圖片

圖2：充電的LTC4065進(jìn)行狀態(tài)和決策流程。

類(lèi)似于LTC4065，美信集成的MAX1551還體育片上熱限制，允許最佳充電而不熱極限用最壞情況下的電池和輸入電壓強(qiáng)加的。當(dāng)熱值達(dá)到極限值時(shí)，MAX1551和MAX1555沒(méi)有完全停止充電，但是，相反，逐步減少充電電流，有助于保持功能，在系統(tǒng)冷卻下來(lái)。

包裝采用SOT23，類(lèi)似MAX1551和MAX1555，該MCP73811得到Microchip技術(shù)開(kāi)發(fā)提供恒壓和恒流充電，后者僅通過(guò)一個(gè)外部電阻編程，再加上內(nèi)置的溫度傳感器來(lái)控制溫度 - 有限的充電。

該bq2409x系列德州儀器的設(shè)備是高度集成的面向空間受限的便攜式應(yīng)用線性充電器設(shè)備。專(zhuān)為帶有USB端口的電源或交流適配器可不受監(jiān)管的集成電路運(yùn)動(dòng)的高輸入電壓范圍，輸入過(guò)壓保護(hù)使用。該bq2904x進(jìn)行調(diào)節(jié)，恒流和恒壓充電。在所有充電階段，內(nèi)部控制環(huán)路監(jiān)視集成電路的結(jié)溫，并降低充電電流，如果內(nèi)部溫度超過(guò)閾值時(shí)。

雖然鋰離子電池要求的充電技術(shù)，以充分利用其高容量的組合，直接的IC支持，可以更輕松地構(gòu)建便攜式和可穿戴式系統(tǒng)，可以確保進(jìn)行完全充電可提供最大正常運(yùn)行時(shí)間，并用它，允許電池尺寸減小重量和壽命之間的最佳折衷。