本文中,我們將舉例說明如何使用鋰離子技術來實現電池充電器。鋰離子電池充電器通常采用恒流(CC) — 恒壓(CV)充電曲線。充電過程會經歷幾個不同的階段,在確保電池容量充滿的同時要符合特定的安全規則。CC-CV曲線包括以下幾個階段:
1. 預充
2. 激活
3. 恒流
4. 恒壓
充電開始為預充階段,以檢查電池狀況是否良好。在此階段中,通常給電池提供電池容量5%到15%的少量電流,如果電池電壓上升到2.8V以上,則認為電池狀況良好,可以進入到激活階段。在此階段中,給電池提供相同的電流,但會持續更長的時間。當電池電壓上升到3V以上,則啟動快充,并提供等于或低于電池容量的恒定電流。當電池電壓上升到完全充電電壓(4.2V) 時或出現超時情況(不管哪一種情況先出現),恒流階段結束。電池電壓到達完全充電電壓時,充電進入到恒壓階段,且電池電壓保持恒定。要做到這一點,充電電流必須隨著時間的推移而降低。這一階段的充電過程相比于其它充電階段而言所需的時間最長。在這個過程中,當充電電流降到“結束電流”限度以下,通常為電池容量的2%,則電池充滿,充電過程結束。請注意,充電過程中每個階段都有一個時間限制,這是一個重要的安全特性。
圖1:鋰離子電池充電曲線
為了實施這一充電曲線,必須隨時了解電池電壓和充電電流。此外,還要檢查電池的溫度。因為在充電時,電池往往會變熱。如果溫度超過電池的規定限額,就可能對電池造成損害。
就電池充電器的實現方案而言,用戶可有兩個選擇。一是采用專門的電池充電器IC,二是采用更加通用的微控制器。第一種方案能快速解決問題,但其可配置性和用戶界面選項(LED指示燈)有限。第二種方案采用微控制器,設計的時間會稍微長一些,但能提供可配置性選項,并且還能集成其它功能,如電池充電狀態(SOC)計算以及通過通訊接口向系統中的主機處理器發送信息等。此外,微控制器不能提供充電器所必需的電源電路系統,而且還需要外部BJT或MOSFET。不過這些電源組件的成本相比于微控制器或專門的充電器IC 而言要低得多。