鋰電池充電器探測小辦法

鋰離子(Li+)電池比其它化學類型的電池更脆弱，關于違規操作具有非常小的容限。因此，鋰電池充電電路比較復雜，要求高精度電流、電壓設置。倘若無法滿足這些精度要求，充電器可能無法將電池完全洋溢，進而降低電池壽命，或影響電池性能。

鑒于對Li+電池充電器的這些要求，對充電器設計進行完全探測并在整個工作范圍內進行分段探測非常緊要。然而，采用常規負載(即Li+電池)探測Li+電池充電器將非常耗時，而且在試驗室和加工環境中也難于實現。為了簡化探測過程，本文給出了一個電池仿真電路，可加快探測速度，在不帶實際電池的情況下實現對鋰電池充電器的探測。

CC-CV充電

鋰電池充電過程的第一階段要中等精度的恒流(CC)充電，然后在第二階段過渡到高精度恒壓(CV)充電。

圖1為用于鋰電池充電器的CC-CV集成電路(MAX1737)的V-I特性曲線。這種類型的IC是消費類產品中所有鋰電池充電器的核心。圖中可清楚

看出CC(2.6V至4.2V電池電壓)和CV(4.2V)區域。

圖1.MAX1737的V-I曲線是Li+電池充電器的標準特性曲線

電池低于2.6V時，要采用不同的充電技術。倘若試圖對放電至2.6V以下的電池充電，充電器須供應一個較低的充電電流(調理電流)，將電池電壓充至2.6V。這是鋰電池過放電時所非得采取的安全機制。VBATT2.6V時強行進行快速充電，會使電池進入不可恢復的短路狀態。

CC向CV階段的過渡點的臨界容差為±40mV。之所以要求如此嚴格的容差，是因為倘若CV過低，電池將無法完全洋溢;而CV過高，則會縮短電池的使用壽命。充電過程終止意味著測試到電池達到滿電量，充電器非得斷開或封閉。在CV階段，當測試到充電電流降至快充電流或最大充電電流的一定比例(通常10%)時終止充電。

Li+電池充電器參數探測

Li+電池充電器設計通常包括兩個基本部分：數字部分(控制狀態機)和模擬部分，模擬部分包括帶有高精度(>1%)基準、可精確控制的電流/電壓源。對鋰離子充電器(不僅指IC)進行完全探測是一項非常棘手且耗費時間的工作，不僅僅限于對電流或電壓值進行檢驗。

探測時，應當在整個工作范圍對充電器進行分段測試：包括CC階段、從CC到CV的切換、充電終止等。如上所述，探測的理想情況是采用常規充電器的負載：即Li+電池。然而，由于充電過程要一小時甚至更長時間，使用鋰電池進行探測非常耗時。依據詳盡探測條件的不同：例如大容量電池+慢速充電，小容量電池+快速充電以及其它可能組合，探測時間也不盡相同。

此外，充電過程無法在保證不損壞電池的前提下提高充電電流，因為充電電流受電池最大充電速率(即快速充電電流)的制約。關于消費類產品常用的電池，很少規定電流大于1C(在1小時內將電池完全放電的電流)。因此，大多數情況下完成整個充電周期所要的時間往往超過兩小時。倘若要重復探測，則要將電池完全放電—這一過程僅僅比充電略微短一些。或者，非得能夠隨時備有完全放電的電池。

另外可以使用一個模擬的理想負載替代真切電池進行負載探測。仿真時，應驗證電路的直流響響應動態穩定性。然而，使用功率探測所用的標準負載進行電池仿真非常困難。與大多數電源探測使用的負載不同，電池不能簡單地當作電阻或固定地吸入電流。如上所述，非得在整個工作范圍內進行分段探測。以下解析的Li+充電器探測電路完全滿足這些要求。

選擇電池模型負載

我們先討論兩個非得考慮但最終放棄的建模辦法。電池負載建模的辦法之一是：使用一個具有源出(放電)和吸入(充電)電流能力的電壓源與代表電池內阻的電阻串聯。由于Li+電池要求精確控制終止電壓和充電電流，目前所有Li+充電器實際上是穩壓電源轉換器。

此外，由于穩壓電源變換器(充電器)的穩定性取決于負載(電池)的動態特性，因此非得選擇一個與模型非常相近的負載。否則，探測只能驗證充電器本身的V-I特性。

倘若只是進行一次性探測，可以使用并聯型穩壓器與電阻串聯，這足以模擬電池的內阻，并且，這一簡單的電池模型完全可以滿足探測要求。這種辦法的優點是由充電器本身供電。然而，更嚴格的探測要更精確的模型。該模型采用內部電壓源，電壓值是充電過程中供給電池的總電荷的函數。

用恒流源對電池充電時電壓將不斷變化，以一定的正斜率上升。這是由于放電和其它電池內部化學變化過程中，電池正極周圍累積的極化離子逐漸減少。因此，充電器的工作點取決于電池連接時間的長短，以及電池的工作歷史。用大多數電子試驗室能夠找到的通用器件構建負載，以模擬這一復雜負載的模型很困難。

要常常對充電電路進行探測，或非得具體描述電路特性時，準確模擬充電過程的電池非常有用。模擬過程要繼續掃描充電器的所有直流工作點。模擬電路還要顯示結果，使操作人員可以查找問題、故障和干擾。倘若模擬電路能夠供應電池電壓輸出和信號，這些結果可以筆直作為示波器信號。探測速度可以加快(從幾小時到數十秒)，并可依據要進行多次反復，比用真正的電池探測更方便。然而，探測速度加快后對確定充電電源的熱效應不利。因此，可能要額外的長時間探測，以便與充電電源和調節電路的熱時間常數相吻合。

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