智能充电器控制电路(3)

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正极反应：LiMO2?Li(1?x)MO2?xLi??xe? 总反应式：LiMO2?6xC?Li(1?x)MO2?xLiC6

锂电池有许多优越特性，比如高能量，较高的安全性，工作温度范围宽，工作电压平稳、贮存寿命长（相对其他的蓄电池）。从安全性来度，锂离子电池要比其他蓄电池安全的多。特别是采取了控制措施后，锂离子电池的安全性有了很大的保证，电池经过充、短路、穿刺、冲击（压）等滥用实验，均无危险发生。锂离子电池与镍镉电池，镍氢电池一样，可以快速充电，且无记忆效应，远比镍镉电池优越；它的自放电率远比镍氢电池低。从环境保护的角度看，世界环境保护组织早已把镉、汞、铅三种元素列为有害物质。因此含有这三种元素的电池的使用受到了限制，特别是在欧洲，有些政府大副度提高了某些电话的环境税，与之相比，锂离子电池则不存在这些问题。当然，锂离子电池也有一些缺点，比如低温放电率不高，电池的价格比较高等。

2.3 锂离子电池的各种充电方式 2.3.1 恒流充电方式

充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是否终止，也可改变电池的数目。恒流电源充电电路如图2-1所示。

图2-1 恒流电源充电电路

2.3.2 恒压充电方式

恒压充电电路如图2-2所示。恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。

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另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池的性能。

图2-2 恒压充电电路

2.3.3 浮云充电方式

在浮云充电方式中，电池以很小的电流（C/30～C/20）进行充电，以使电池保持在满充状态。浮云充电方式广泛用于电池作为备用电源或应急电源的电气设备中。常规浮云充电方式充电电路如图2-3所示。

图2-3 浮充电电路

2.3.4 涓流充电方式

电池与负载并联，同时电池与电源（充电器）相连。正常情况下，直流电源作为负载的工作电敌人，并以涓流充电方式为电池充电，只有当负载变得很大、直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后，电池才对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定。它通常用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合，下图2-4为涓流充电电路的简单示意图。

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图2-4 涓流充电方式

2.3.5 分阶段充电方式

在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是充电电路复杂和成本较高。另外，需增设控制点的电池电压的监测电路。分阶段充电方式的简单示意图如图2-5所示。

图2-5 分阶段充电的简单示意图

2.4.6 快速充电

在用大电流短时间对电流时，需用电池检测和控制电路。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且根据检测参数控制充电过程。

（1） 电池电压检测

在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低[12]。 （2） －ΔV检测

电池充电过程的充电电流是通过检测充电末期的电压降来进行控制的，－ΔV控制系统框图如图2-6所示。采用－ΔV控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若－ΔV检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。电池的充电电流、电流电压和充电时间的关系如图2-7所示。

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图2-6 －ΔV控制系统框图

图2-7 充电电流、电池电压和充电时间的关系

2.4 充电器的特点及发展

对充电器的要求是：安全，快速，省电，功能全，使用方便，价格便宜。 快速充电器的安全更为重要，终上快速充电的检测方法要可靠，精确，以防止过充电。另外，一些充电器集成电路还设有充电间定时器作为一种附加安全措施。

功能全的充电器一般具有电池电压检测功能。若充电电池的电压大于终止放电电压，为防止“记忆效应”产生，应先放电至终止放电电压，然后自动充电。先进行快速充电，到终止快速充电时自动转化涓流充电。各个充、放电过程都有LED指示。功能齐全的充电器还应具有自动充电率的设定、充电电池数的设定、涓流电流大小设定、定时器时间设定、充电前电池状态测定（判断电池好坏及安装是否良好）等功能，并可根据电池的温度来选择充电参数（电池温度过低时不宜快充）[2]。

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当充电电流较小时可采用线性电源，充电电源较大时常采用开关电源，它既省电又解决发热问题，并有可能由市电直接整流经AC/DC变换获得低压直流电，可省去笨重的工频变压器。

早期的充电器是没有处理器的，它主要帽充电器集成电路及电源部分组成，其内部结构较复杂，引脚也较多。一般的功能较完善的充电器结构框图如图2-8中AA线右边所示。

图2－8 智能充电器结构图

目前，市场上有大量的电池管理芯片，针对充电器开发的电池充电管理芯片很多，可以直接使用这些芯片进行充电器控制系统的设计。

但是，对充电器实现的控制方式不同导致其充电效果不同。由于采用大电流的快速充电法，所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充,一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般的，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电器在充电终了时电池经常发烫，电池在充电后明显发烫一般说明电池已过充。设计比较科学的智能充电器采用专业充电控制芯片。这些芯片往往具有充电过程控制，加上单片机对充电后的功能，如图2-8所示。还可以加入关断电

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