對(duì)不同類型電池充電效率的分析研究
鎳鎘電池充電
加恒流(0.05C-1C)對(duì)NiCd電池充電。某些低成本充電器借助絕對(duì)溫度終止充電。雖然簡(jiǎn)單、成本較低,但這種充電終止方法是不精確的。較好的方法是用檢測(cè)電壓跌落的方法終止充電。-△V 方法對(duì)于充電速率為0.5C或更高速率的NiCd電池是最有效的。-△V充電終止檢測(cè)應(yīng)該與電池溫度測(cè)量相結(jié)合,因?yàn)樽冑|(zhì)電池和失配電池可降低△V。
可以用檢測(cè)溫度增加速率(dT/dt)實(shí)現(xiàn)更精確的滿充檢測(cè),這種充電檢測(cè)方法比固定溫度終止方法更好?;赿T/dt和-△V終止組合方法的充電終止方法具有較長的壽命周期,可避免過充電。
快速充電可改善充電效率。在1C效率接近1.1(91%),而空載電池的充電時(shí)間,1小時(shí)多一點(diǎn),當(dāng)以0.1C充電時(shí),效率降到1.4(71%),充電時(shí)間為14小時(shí)左右。
因?yàn)镹iCd電池的電荷接收度接近100%,所以在開始70%充電期間吸收幾乎所有的能量,而電池保持微冷。超快速充電器利用該特點(diǎn),在幾分鐘內(nèi)把電池充電到70%電平,所加電流等于幾倍的C率,而無熱量產(chǎn)生。達(dá)到70%電平之后,電池以較低速率繼續(xù)充電,直到電池充滿電為止。最后,加0.02~0.1C涓流結(jié)束電池充電。
鎳氫電池充電
盡管NiMH充電器與NiCd充電器類似,但是,NiMH充電器采用dT/dt方法,這是NiMH電池充電的最好方法。NiMH電池的充電結(jié)束電壓下降比較小,而對(duì)小充電率(低于0.5C,這取決于溫度)可以完全無電壓下降。
新的NiMH電池在充電周期內(nèi)過早地出現(xiàn)不可靠的峰值,這會(huì)導(dǎo)致充電器過早結(jié)束充電。此外,用-△V檢測(cè)充電結(jié)束能保護(hù)過充電,過充電本身又在電池失效前限制充電/放電的次數(shù),在所有條件(新或舊,熱或冷,全部或部分放電)下似乎沒有可用的-dV/dt算法能使NiMH電池充電更有效?;诖嗽?,不能用NiCd充電器為NiMH電池充電,除非它是用dT/dt方法終止充電。因?yàn)镹iMH電池不能吸收過充電,所以,涓流充電必須比NiCd?。?.05C左右)。
慢充電NiMH電池比較困難,這是與0.1C-0.3C范圍C率有關(guān)的電壓和溫度分布不能提供足夠精確充滿電狀態(tài)的指示。因此,慢充電器必須依靠定時(shí)器來指示何時(shí)充電周期應(yīng)該結(jié)束。所以,為了使NiMH電池充滿電,應(yīng)該施加接近1C(或根據(jù)電池制造商標(biāo)定的C率)的快速充電,同時(shí)監(jiān)控電壓(△V=0)和溫度(dT/dt)來確定何時(shí)充電應(yīng)該結(jié)束。
鋰離子和鋰聚合物電池充電
其實(shí),鎳基電池的充電器是限流型的,而鋰離子電池充電器是限制電壓和電流。第1代鋰離子電池充電電壓限制在4.10V/電池。較高的電壓意味著較大的容量,通過增加化學(xué)添加劑實(shí)現(xiàn)了4.20V電池電壓?,F(xiàn)代鋰離子電池一般充電到4.20V(容差±0.05V/電池)。
在充電端電壓達(dá)到電壓閥值和充電電流降到0.03C(接近于3%Ich,見圖6)之后達(dá)到滿充電。大多數(shù)充電器達(dá)到滿充電的時(shí)間大約為3小時(shí),而一些線性充電器聲稱大約一小時(shí)充電Li+電池。這種充電器通常在電池端電壓達(dá)到4.2V時(shí)終止充電。然而,這種規(guī)定只充電電池到其容量的70%。
較大的充電電流不能使充電時(shí)間縮短太多。較大的充電電流能較快地達(dá)到電壓峰值,但浮充需較長時(shí)間。憑經(jīng)驗(yàn),浮充是初始充電時(shí)間的兩倍。
鋰離子電池安全措施
因?yàn)檫^充電(或過放電)鋰離子電池可能會(huì)導(dǎo)致電池爆炸和人員傷害,所以,在使用這類電池時(shí),安全是主要關(guān)心的問題。因此,商用鋰離子電池組,包含象DS2720這樣的保護(hù)電路(圖7),DS2720提供可充電Li+電池應(yīng)用所需的所有電池保護(hù)功能:充電期間保護(hù)電池,防止超量電流流過的保護(hù)電路和限制電池耗盡,電平使電池壽命最長。
DS2720IC用外部開關(guān)器件(如低成本N溝道功率MOSFET)控制充電和放電電流的路徑。IC內(nèi)部9V電荷泵為外部n溝道MOSFET提供高端驅(qū)動(dòng),這比通用的低端保護(hù)電路中相同功能的FET提供更低的導(dǎo)通電阻。FET導(dǎo)通電阻隨電池放電而減少(見圖8)
















