可充电电池技术和充电方法

文章摘要：每次充电操作根据电池的化学成分依序加电压和电流。因此，充电器和充电算法满足电池化学成分的不同要求。电池充电经常遇到的术语是：用于NiCl 和NiMH电池的恒流(CC)和用于锂离子和锂聚合物电池的恒流/恒压(CC/CV)(见图1-6)。表3列出各种充电方法。镍镉电池充电加恒流(0.05C-1C)对NiCd电池充电。某些低成本充电器借助绝对温度终止充电。虽然简单、成本较低，但这种充电终止方法是不精确的。较好的方法是用检测电压跌落的方法终止充电。-△V 方法对于充电速率为0.5C或更高速率的NiCd电池是最有效的。-△V充电终止检测应该与电池温度测量相结合，因为变质电池和失配电池可降低△V。可以用检

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　　每次充电操作根据电池的化学成分依序加电压和电流。因此，充电器和充电算法满足电池化学成分的不同要求。电池充电经常遇到的术语是：用于NiCl 和NiMH电池的恒流(CC)和用于锂离子和锂聚合物电池的恒流/恒压(CC/CV)(见图1-6)。
　　表3列出各种充电方法。
　　镍镉电池充电
　　加恒流(0.05C-1C)对NiCd电池充电。某些低成本充电器借助绝对温度终止充电。虽然简单、成本较低，但这种充电终止方法是不精确的。较好的方法是用检测电压跌落的方法终止充电。-△V 方法对于充电速率为0.5C或更高速率的NiCd电池是最有效的。-△V充电终止检测应该与电池温度测量相结合，因为变质电池和失配电池可降低△V。
　　可以用检测温度增加速率(dT/dt)实现更精确的满充检测，这种充电检测方法比固定温度终止方法更好。基于dT/dt和-△V终止组合方法的充电终止方法具有较长的寿命周期，可避免过充电。
　　快速充电可改善充电效率。在1C效率接近1.1(91%)，而空载电池的充电时间，1小时多一点，当以0.1C充电时，效率降到1.4(71%)，充电时间为14小时左右。
　　因为NiCd电池的电荷接收度接近100%，所以在开始70%充电期间吸收几乎所有的能量，而电池保持微冷。超快速充电器利用该特点，在几分钟内把电池充电到70%电平，所加电流等于几倍的C率，而无热量产生。达到70%电平之后，电池以较低速率继续充电，直到电池充满电为止。最后，加0.02~0.1C涓流结束电池充电。
　　镍氢电池充电
　　尽管NiMH充电器与NiCd充电器类似，但是，NiMH充电器采用dT/dt方法，这是NiMH电池充电的最好方法。NiMH电池的充电结束电压下降比较小，而对小充电率(低于0.5C，这取决于温度)可以完全无电压下降。
　　新的NiMH电池在充电周期内过早地出现不可靠的峰值，这会导致充电器过早结束充电。此外，用-△V检测充电结束能保护过充电，过充电本身又在电池失效前限制充电/放电的次数，在所有条件(新或旧，热或冷，全部或部分放电)下似乎没有可用的-dV/dt算法能使NiMH电池充电更有效。基于此原因，不能用NiCd充电器为NiMH电池充电，除非它是用dT/dt方法终止充电。因为NiMH电池不能吸收过充电，所以，涓流充电必须比NiCd小(0.05C左右)。
　　慢充电NiMH电池比较困难，这是与0.1C-0.3C范围C率有关的电压和温度分布不能提供足够精确充满电状态的指示。因此，慢充电器必须依靠定时器来指示何时充电周期应该结束。所以，为了使NiMH电池充满电，应该施加接近1C(或根据电池制造商标定的C率)的快速充电，同时监控电压(△V=0)和温度(dT/dt)来确定何时充电应该结束。
　　锂离子和锂聚合物电池充电
　　其实，镍基电池的充电器是限流型的，而锂离子电池充电器是限制电压和电流。第1代锂离子电池充电电压限制在4.10V/电池。较高的电压意味着较大的容量，通过增加化学添加剂实现了4.20V电池电压。现代锂离子电池一般充电到4.20V(容差±0.05V/电池)。
　　在充电端电压达到电压阀值和充电电流降到0.03C(接近于3%Ich，见图6)之后达到满充电。大多数充电器达到满充电的时间大约为3小时，而一些线性充电器声称大约一小时充电Li+电池。这种充电器通常在电池端电压达到4.2V时终止充电。然而，这种规定只充电电池到其容量的70%。
　　较大的充电电流不能使充电时间缩短太多。较大的充电电流能较快地达到电压峰值，但浮充需较长时间。凭经验，浮充是初始充电时间的两倍。
　　锂离子电池安全措施
　　因为过充电(或过放电)锂离子电池可能会导致电池爆炸和人员伤害，所以，在使用这类电池时，安全是主要关心的问题。因此，商用锂离子电池组，包含象DS2720这样的保护电路(图7)，DS2720提供可充电Li+电池应用所需的所有电池保护功能：充电期间保护电池，防止超量电流流过的保护电路和限制电池耗尽，电平使电池寿命最长。
　　DS2720IC用外部开关器件(如低成本N沟道功率MOSFET)控制充电和放电电流的路径。IC内部9V电荷泵为外部n沟道MOSFET提供高端驱动，这比通用的低端保护电路中相同功能的FET提供更低的导通电阻。FET导通电阻随电池放电而减少(见图8)

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