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锂离子电池充放电平安及电池检测设想

上传工夫:2017-04-18浏览次数:编纂:admin
  手机的锂离子电池充电安全性日趋遭到消费者正视,因而充电器制造商在设想产物时,须把握锂离子电池的相干规格和特性,并运用具有完美电池检测及珍爱功用的充电芯片,以低落过电流、过电压或过温等状态所形成的伤害。
  跟着科技前进、生涯质量提拔,电子产品的踪影随处可见,个中又以手机为人类生涯中不可或缺的必需品。不论是晚期乌金刚手机或当今功能强大的智能手机,皆需求电源才气运作。
   晚期手机的电池重要有二种,一是镍氢、镍镉电池,二是锂离子电池,但如今运用镍氢、镍镉电池去做为电源的手机,曾经黑白常的少见,绝大部分都是运用锂离 子电池,特别消费者期望手机待机时间更长,且体积要更小,以是镍氢、镍镉电池曾经逐步不克不及相符消费者的希冀而被镌汰。 固然镍氢、镍镉电池在价钱和替换电池获得的便当性优于锂离子电池,在其他电子产品上依旧可看到镍氢、镍镉电池的踪影;然则,在体积、重量及容量方面,镍 氢、镍镉电池皆不如锂离子电池,以是当今标榜着轻浮短小的电子产品,险些都是运用锂离子电池。
  智能型手机果其功能强大、屏幕耗电量大,更是需求电池容量大及电力更历久的锂离子电池。当手机电池电量缺乏时,使用者一般会以充电器或搭配一组挪动电源随时对电池停止充电。太阳2官网入口首页
  体积/容量兼具 锂离子电池为电子产品首选
  充电电池依其材质的差别可分为四类:铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
  表1 充电电池对照表
  由表1优缺点看来,镍镉、镍氢及锂离子电池较合适运用在电子产品上;而锂离子电池无论是在体积、重量及容量(电子产品的使用时间)较优于镍镉、镍氢电池,也无影象效应的题目,以是锂离子电池在电子产品运用上好像轻易很多。
  延伸使用寿命 锂离子电池充/放电压成要害
   一般来说,锂离子电池会有电性平安的局限限定。因为锂离子电池的特性,当电池电压在充电时上升到最高设定电压后,要立刻住手充电,制止电池果过充电形成 电池损毁而发生伤害;电池供电(放电)时,电池电压若是降至最低设定电压以下便要住手放电,制止果过放电而低落使用寿命。
  另外,为确保电池运用上的平安,锂离子电池借必需要加装短路珍爱,以制止发作伤害;纵然大多数的锂离子电池皆有加装珍爱电路,但是在选择优良的充电器或挪动电源时,那仍旧是一项主要的考量身分。
  锂离子电池充电器尾重平安
  充电器是将电池充至其额定电压的装备,而锂离子电池充电器必需具有以下几点特性:
  1)可供应流动电流给充电电池
  当电池电压抵达最大值且不再上升时,其充电电流便会最先下落,云云可制止对电池过分充电,形成电池毁伤;当充电电流降至一定程度时,充电器将住手充电。
  2)确保电池具有可运用电压
  电池在充电完成后,若长时间安排不运用会有天然放电的情况泛起,为制止电池过分自放电致使电池电压下落,当电池电压低于所设定电压时,充电器会从新最先对电池充电,确保电池在运用时还能保持肯定电压。
  四阶段充电简述
  以下运用沛亨半导体的充电集成电路(IC)--AIC6511做锂离子电池充电简介,图1为锂离子电池充电曲线图:
  图1 锂离子电池充电曲线图太阳集团2018线路搜检
  1)Trickle Charge or Pre-Charge
  此时的锂离子电池电压小于3伏特(V),当充电器最先对电池充电时,果锂离子电池的特性,其内部阻抗会很大,故充电器会先以一细小电流对电池停止充电,此时电池电压连续上升。
  2)定电流充电(Constant Current Charge, CC Charge)
  当电池充电电压上升至约3伏特时,充电器改以最大充电电流对电池停止定电流充电,此时电池电压连续上升。澳门太阳集团2007官网
  3)定电压充电(Constant Voltage Charge, CV Charge)
  当电池充电电压上升至靠近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以定电压形式对电池停止充电,此时充电电流最先下落。
  4)Charge Full
  当充电电流降至细小电流时,充电器住手对电池充电。
  电池在充电完成后,若长时间安排不运用会有天然放电的情况泛起,为制止电池过分放电致使电池电压下落,电源IC在锂离子电池电压降至4伏特时,会从新最先对电池停止CC Charge形式充电,确保电池在运用时还能保持肯定电压。
  锂离子电池充电周期
  果锂离子电池的特性,若锂离子电池在充电之前已深度放电,此时充电器会先以微小电流对电池停止Pre-Charge充电(各家厂商设定值差别,本文运用类型的充电IC设定值约为10%的最大充电电流),充电时电池电压上升。
  当电池电压上升至约3伏特,充电器改以最大充电电流对电池停止CC Charge,电池电压连续上升。
  当电池充电电压上升至靠近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时,充电器改以CV Charge对电池停止充电,此时充电电流最先下落,当充电电流降至约即是Pre-Charge电流时,充电器住手对电池充电,即完成充电。
   不论是用通用序列总线(USB)或AC电源转换器(Adapter)输入电源对电池充电,当电池最先充电后,若充电工夫凌驾其设定工夫,充电器仍旧操纵 于Pre-Charge形式而已进入CC Charge形式,大概仍旧操纵于CC/CV Charge形式而已进入充电完成状况,则透过IC的充电计时珍爱功用使充电器住手对电池充电。
  充电计时珍爱确保电池平安
  图2为本文类型充电IC的足位示意图,充电计时珍爱工夫由IC内部TMR足位(Pin 15)的电容CTMR设定,CTMR选择体式格局以下:
  图2 AIC6511足位示意图
  .Pre-Charge充电工夫:
  
  ……(Minutes)
  。完好充电工夫:
  ……Minutes)
   若电池在充电状况下,充电工夫已凌驾使用者所设定的充电计时珍爱工夫,但充电器却仍还没有离开当前的充电状况或完毕充电,这时候IC的充电计时珍爱功用便会 立刻启动,迫使充电器住手对电池充电(图3),此时的STAT1(Pin 12)位准为High,LED1指示灯为不明(图4);若将TMR(Pin 15)足位衔接至GND(Pin 6)足位,便能够消除使充电计时珍爱功用。
  图3 充电器是不是准确检测电池充电情况,关于运用平安至关重要
  当输入电源重置、EN旌旗灯号触发时,皆能消除充电计时珍爱工夫,使其从新计时。
  充电指导状况
  图4中,STAT1(Pin 12)及STAT2(Pin 13)内部为两个Open-Drain的N型金属氧化物半导体(NMOS)开关,必需和VREF33足位(Pin 7)或与其他有Pull-Up电阻的偏压电源衔接,其行动情况如表2所示。
  图4 AIC6511典范运用电路
  表2 充电指导状况表
  输入电源检测防备电池泄电流倒灌
  AC Adapter或USB两种差别输入电源皆可对电池充电。若同时接上AC Adapter及USB电源,IC内部开关会优先选择AC Adapter端做为充电器的输入电源;但是,应制止此状况发作。
  .ACIN
  图4中供一样平常插座之Adapter电源于VIN足位(Pin 2)输入,在ACIN充电形式下,能以高达2安培(A)之充电电流对电池停止充电,最大充电电流由RS1电阻设定。
  .USBIN
  USBIN足位(Pin 5)供USB电源输入。在选择USBIN充电形式时,其输入限定电流由RILIM电阻设定,设定500毫安(mA)适用于USB 2.0,900毫安适用于USB 3.0.
   当运用USBIN形式时,CC Charge电流会随差别输入电压和电池电压更改,藉由检测在CC Charge时流经RS1电阻的电流去调治其流动输入限定电流IUSB_LIM.在充电历程中,若将AC Adapter及USB电源移除,IC内部开关皆会停止并启动防倒灌珍爱功用,防备电池泄电流逆向倒灌回输入电源端。
       
  充电电流设定
  本文类型芯片供应USB及AC Adapter两种输入电源形式选择对电池充电,其充电电流设定以下:
  .ACIN充电电流:
  透过图4中RS1电阻可设定高达2安培的最大充电电流(Maximum Charge Current)。
  ……(A)
  .Trickle or Pre-Charge充电电流:
  不论是ACIN或USBIN,其充电电流(Pre-Charge Current)约为10%的最大充电电流。
  ……(A)太阳集团2018线路搜检
  .USBIN输入限定电流:
  透过RILIM电阻可设定其输入限定电流(USBIN Input Current Limit)。
  ……(mA)
  NTC热敏电阻保持电池温度平安
  背温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻的阻值取温度成反比,会果高温递加、高温递增,且温度系数异常大,可用于检测细小的温度转变,因此被普遍的运用在温度的量测取赔偿掌握。
  图5为电池温度检测电路,透过图4中NTC足位(Pin 14)检测NTC热敏电阻的电压,充电IC能连续检测电池的温度,确保电池温度的平安操纵局限。
  图5 电池温度检测电路太阳集团2018线路搜检
  由NTC足位(Pin 14)上的电压取NTC下高温位准对照,可得知电池操纵温度是不是一般;一旦检测到电池温度凌驾一般操纵温度局限,会立刻封闭内部的同步降压器并住手充电行动;当电池温度复兴至正常温度局限时,充电器将从新规复充电行动。
   内建的NTC磁滞温度对照器,可接受的电压局限为32?74%的VREF33.假定选用103AT-2型号的热敏电阻做为温度传感器(操纵温度为 -10?40℃,阻值RTL取RTH为5.827千欧姆(kΩ)取42.470千欧姆),RTL为热敏电阻在高温时的电阻值,RTH为热敏电阻在高温时的 电阻值,凭据所选用型号的热敏电阻在下高温时差别的电阻值,再取RT1及RT2合营,将温度旌旗灯号转变成电压旌旗灯号,可推算出RT1、RT2的电阻值,盘算方 式以下:
  ……(热敏电阻103AT-2)
  ……(NTC高温磁滞位准)
  ……(NTC高温磁滞位准) 整顿后可得:
  ……(kΩ)
  ……(kΩ)
  RT1及RT2选用12千欧姆和5千欧姆,便可完成NTC珍爱功用。
  若在NTC足位(Pin 14)输入介于NTC下低限电压位准范围内的流动电压时,可使电池温度检测功用除能。
  过温度珍爱防备充电过热
  过温度珍爱(Thermal Shutdown Protection)可制止IC在充电时发作过热情况。
   此功能透过监测充电IC的接里温度(Junction Temperature, TJ),一旦发明TJ的温度已到达过温度点(Thermal Shutdown Threshold, TSHTDWN)约150℃阁下时,IC便会立刻封闭充电器,使其住手充电;待TJ温度降至约130℃时,IC才会重新启动。
  选用适宜充电IC 锂离子电池充电器更稳固
  本文类型IC为开关切换式锂离子电池充电器,内部为同步降压型转换器架构,不须加装分外的开关及二极管,能供应USB及AC Adapter两种输入电源形式选择对电池充电,并具有充电珍爱功用。
  因为锂离子电池的电气特性较镍氢、镍镉电池稳固,在设想充电器方面也相对轻易,只要先相识锂离子电池的相干规格、再依需求选择适宜的充电IC(图6),便能轻松天设想一个锂离子电池充电器。
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  图6 充电IC可检测电池充电情况,使充电器统筹效能取安全性
统集成。
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