淺談電池充電器原理

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。保護(hù)模式

過壓

如果在VDD檢測的電池電壓超過過壓閾值VOV時(shí)間大于過壓延遲時(shí)間tOVD，則DS2720關(guān)閉充電FET，并將保護(hù)寄存器的OV置位。在過壓期間，放電通路保持開放。除非被另外保護(hù)條件鎖定，當(dāng)電池電壓降到充電使能閾值VCE以下或由于放電導(dǎo)致VDD - VPLS > VOC時(shí)，充電FET被重新使能。

欠壓

如果在VDD檢測的電池電壓低于欠壓閾值VUV時(shí)間大于欠壓延遲時(shí)間tUVD，則DS2720關(guān)閉充電和放電FET，并將保護(hù)寄存器的UV置位，使其進(jìn)入休眠模式。當(dāng)電池電壓升到VUV以上和連接充電器后，IC打開充電和放電FET。

短路

如果在VDD檢測的電池電壓低于放電閾值VSC時(shí)間達(dá)到延遲時(shí)間tSCD，則DS2720關(guān)閉充電和放電FET，并將保護(hù)寄存器的DOC置位。除非PLS上的電壓升至大于VDD - VOC，否則充電和放電FET不會(huì)導(dǎo)通。DS2720提供流經(jīng)內(nèi)部VDD至PLS電阻RTST的測試電流，當(dāng)VDD升至大于VSC時(shí)上拉PLS。DS2720利用此測試電流檢測有害低阻抗負(fù)載的移除。另外，測試電流還提供了流經(jīng)RTST，由PLS到VDD的恢復(fù)性充電通路。

過流

若加在保護(hù)FET的電壓(VDD - VPLS)大于VOC的時(shí)間超過了tOCD，則DS2720關(guān)斷外部充電和放電FET，并將保護(hù)寄存器DOC置位。直到PLS上的電壓升至大于VDD - VOC時(shí)電路才會(huì)導(dǎo)通。DS2720提供流經(jīng)內(nèi)部VDD至PLS電阻RTST的測試電流來檢測有害低阻抗負(fù)載的移除。

過熱

若DS2720溫度超過TMAX，則立即關(guān)斷外部充電和放電FET。在以下兩個(gè)條件滿足前FET不會(huì)導(dǎo)通：電池溫度降到低于TMAX，主機(jī)將OT復(fù)位。

充電溫度

應(yīng)盡量在室溫下充電。鎳基電池應(yīng)在10°C至30°C