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浅析深度优化锂电池充电系统

发布时间:2020-03-19 09:24:00  来源:锂电池厂家




移动互联网设备 (MID) 是一种具有多媒体功能的手持式电脑,可以提供无线网络访问,具有双向通信和实时共享功能,专为向个人(非企业用户)提供娱乐、资讯和定位服务而设计。MID 的外形尺寸比智能电话大,但比 UMPC 小,通常使用一个锂离子电池组供电。

为了优化系统和电池充电器,我们通过引入最大适配器电流调节环路使用了动态电源管理 (DPM) 功能。如果输入适配器电流达到了调节阈值,则电池充电器自动降低有效充电电流,同时优先为系统供电,以使其不超出适配器的最大功率极限。在为系统供电以后,剩余功率用于对电池充电。一旦脉冲功率终止,充电器便自动恢复最快充电模式,以缩短充电时间(图1)。一种重要的规范是输入电流调节精度。输入电流调节精度越高,适配器提供的功率越多,同时电池充电的速度也就越快。

电池充电电压和电流对电池使用寿命和电池容量至关重要。电池充电电压越高,电池容量也就越高。这些便携设备因其微处理器功耗很低,需要的总功耗低于笔记本电脑,所用的电源适配器功率一般在 40 瓦以下,而笔记本电脑通常使用 60 瓦和 90 瓦的适配器。但是,仍然要求这种适配器在给电池充电的同时为系统供电,从而最小化适配器额定功率。由于微处理器的高脉动功率特性,电池充电以及为微处理器提供最大功率所要求的总功率轻易便超出了适配器的最大可用功率。

超便携PC (UMPC) 拥有一个功能强大的处理器,拥有一个 具有触摸功能的4~7英寸的显示屏,可以运行与Windows Vista兼容的软件。超便携 PC 还拥有全球定位系统 (GPS) 设备、指纹识别器、TV 调谐器以及存储卡读卡器等。它由2~3 块串联锂离子电池组供电。

上网本是小型、轻便和低价笔记本电脑的一种快速衍生品,主要用于一般计算和访问网络应用。大多数上网本均使用Intel Atom 微处理器以及2~3块串联锂离子电池组。

如何优化锂电池充电系统?

电池充电器输出短路和过充电流保护

对于一些计算应用来说,最为常用的锂离子电池是具有 2200-2600mAh 容量的 18650 锂离子电池。12-V 或 19-V 适配器在 0.7oC 充电率情况下,充电电流约为 2-4A。高效充电要求同步开关降压型拓扑。其还要求在出现元件故障或非正常运行状态(例如:充电器输出短路或电感短路等)时有一个无烟充电系统。充电器需要有此类保护机制来防止起火或冒烟。
 
电池充电安全性
 
在极低或极高电池温度条件下对锂离子电池充电是很危险的。当电池在4.3V温度达到 175oC 时,LiCoO2 负极材料的锂离子电池可能会爆炸。已发布的许多工业电池充电器安全规定(例如:日本电子和信息技术行业协会 (JEITA) 等)通过减少低或高电池温度下的电池充电电流和电压来达到电池安全充电的目的。
 
适配器输入和电池过压保护 (OVP)
 
就笔记本电脑而言,一般使用19-V和16-V的适配器,而5-V 适配器则普遍用于智能电话。上网本、UMPC和MID通常使用这些适配器来节省开发成本,但其往往不要求19V 适配器对1到3节串联电池组充电。此外,IEEE P1725 要求系统包括输入适配器和电池 OVP。如果这些便携式设备遇到过输入电压,则其会阻止您开启系统。如果电池过充,则立即关闭电池充电器。如果出现逆向适配器电压,也不能开启系统。

保护IC的功能

 

过度放电:
 
在过度放电的情形下,电解液因分解而导致电池特性劣化,并造成充电次数的降低,锂电池保护IC用以保护其过放电的状况发生, 达成保护动作。
 
过度充电:
 
当锂电池发生过度充电时,电池内电解质会被分解,使得温度上升并产生气体,使得压力上升而可能引起自燃或爆裂的危机,锂电池保护IC用意就是要防止过充电的情形发生。

 

过电流及短路电流
 
因为不明原因(放电时或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路电流发生,为确保安全,使其停止放电。
 
锂电池保护IC的新功能
 
过充时锁住模式(Latch):
 
通常保护IC在过充电保护时经过一段延迟时间之后就会将Power MOS关掉(Cout),用以达到保护的目的,当锂电池电压一直下降到解除点(Overcharge Hysteresis Voltage)时就会回复,此时又会继续的充电,又保护,又放电充电放电,这种情形并不是一种很好的状况且安全性的问题将无法有效的获得解决。
 
缩短测试时间:
 
假设测完一片PCB所需要花的时间为1秒,那100万片则需要100万秒,非常的耗时,同样的也很没有效率,故我们可以利用以下之功能来缩短测试时间。

 

充电时,过电流之保护:
 
当连接充电器在充电时突然有过电流发生(充电器损坏),即发生充电时过电流检测,此时将Cout将由High'Low,Power MOS由ON'OFF,达成保护之动作。
 
缩小保护电路组件: 将过充电和短路保护用的延迟电容给内包到保护IC里面

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