電池與充電管理 選擇與權衡因素
加入技術交流群
無論選擇何種電池化學技術，遵循每一種電池化學技術的正確充電管理技術都是至關重要的。這些技術將確保電池在每一次和每個充電周期都能被充至最大容量，而不會降低安全性或縮短電池使用壽命。
NiCd / NIMH
在一個充電周期開始之前，并且盡可能在開始快速充電之前對鎳鎘 (NiCd) 電池和鎳氫 (NiMH) 電池必須要進行檢驗和調節。如果電池電壓或溫度超出了允許的極限是不允許進行快速充電的。出于安全考慮，對所有“熱”電池（一般高于 45℃）的充電工作都會暫時終止，直到電池冷卻到正常工作溫度范圍內才會再次運轉。要想處理一個“冷”電池（一般低于 10℃）或過度放電的電池（每節電池通常低于 1V），需要施加一個溫和的點滴式電流。
當電池溫度和電壓正確時快速充電開始。通常用 1C 或更低的恒定電流對 NiMH 電池進行充電。一些 NiCd 電池可以用高達 4C 的速率進行充電。采用適當的充電終止來避免有害的過充電。
就鎳基可充電電池而言，快速充電終止基于電壓或溫度。如圖 1 所示，典型的電壓終止方法是峰值電壓探測，在峰值時即每個電池的電壓在 0～-4mV 范圍內，快速充電被終止。基于溫度的快速充電終止方法是觀察電池溫度上升率 DT/Dt 來探測完全充電。典型的 DT/Dt 率為 1℃/每分鐘。
圖 1 鎳電池化學技術的充電曲線
鋰離子/鋰聚合物電池
與 NiCd 電池和 NiMH 電池相類似，在快速充電之前盡可能檢驗并調節鋰離子電池。驗證和處理方法與上述使用的方法相類似。
如圖 2 所示，驗證和預處理之后，先用一個 1C 或更低的電流對鋰離子電池進行充電，直到電池達到其充電電壓極限為止。該充電階段通常會補充高達 70% 的電池容量。然后用一個通常為 4.2V 的恒定電壓對電池進行充電。為將安全性和電池容量，必須要將充電壓穩定在至少 ±1%。在此充電期間，電池汲取的充電電流逐漸下降。就 1C 充電率而言，一旦電流電平下降到初始充電電流的 10-15% 以下充電通常就會終止。
圖 2 鋰離子電池化學技術充電曲線
開關模式與線性充電拓撲的對比
傳統上來說，手持設備都使用線性充電拓撲。該方法具有諸多優勢：低實施成本、設計簡捷以及無高頻開關的無噪聲運行。但是，線性拓撲會增加系統功耗，尤其是當電池容量更高引起的充電率增加的時候。如果設計人員無法管理設計的散熱問題，這就會成為一個主要缺點。
當 PC USB 端口作為電源時，則會出現其他一些缺點。當今在許多便攜式設計上都具有 USB 充電選項，并且都可提供高達 500mA 的充電率。就線性解決方案而言，由于其效率較低，可以從 PC USB 傳輸的“電能”量就被大大降低，從而導致了充電時間過長。
這就是開關模式拓撲有用武之地的原因。開關模式拓撲的主要優勢在于效率的提高。與線性穩壓器不同，電源開關（或多個開關）在飽和的區域內運行，其大大降低了總體損耗。降壓轉換器中功率損耗的主要包括開關損耗（在電源開關中）以及濾波電感中的 DC 損耗。根據設計參數的不同，在這些應用中出現效率大大高于 95% 的情況就不足為奇了。
當人們聽到開關模式這個術語時大多數人都會想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型電感! 事實上，雖然對于處理數十安培電流的應用而言確實是這樣，但是對于手持設備的新一代解決方案而言情況就不一樣了。新一代單體鋰離子開關模式充電器采用了最高級別的芯片集成，高于 1MHz 的使用頻率以最小化電感尺寸。圖 1 說明了當今市場上已開始銷售的此類解決方案。該硅芯片的尺寸不到 4 mm2，其集成了高側和低側 PowerFET。由于采用了 3MHz 開關頻率，該解決方案要求一個小型 1uH 電感， 其外形尺寸僅為：2mm x 2.5mm x 1.2mm (WxLxH)。
充電器的選擇http://www.elecfans.com/soft/49/50/2010/2010033072388.html
電池充電器工具使得設計人員選擇正確的充電器的過程更輕松。圖 3 是 TI 網站上提供的一種工具的示例。
圖 3 電池充電器選擇工具
評論