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锂电池充电芯片应用

锂电池充电芯片应用
锂电池充电芯片应用

先进的锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用

北京理工大学机电工程学院魏维伟李杰

摘要:本文介绍美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057,利用BQ2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器,非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057芯片的特点、功能的基础上,给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。

关键词:锂电池充电器BQ2057

1 引言

BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片,BQ2057系列芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要,同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式,利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单,非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间,带有可选的电池温度监测,利用电池组温度传感器连续检测电池温度,当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流,充电状态识别可由输出的LED 指示灯或与主控器接口实现,具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。

2.功能及特性

2.1 器件封装及型号选择

BQ2057系列充电芯片为满足设计需要,提供了多种可选封装及型号,其封装形式如图2-1所示,有MSOP、TSSOP和SOIC 三种封装形式。其型号如表2-1所示,有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种信号,分别适合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电需要。

?VCC (引脚1):工作电源输入;

?TS (引脚2):温度感测输入,用于检测电池组的温度;

?STA T(引脚3):充电状态输出,包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态;

?VSS (引脚4):工作电源地输入;

?CC (引脚5):充电控制输出;

?COMP(引脚6):充电速率补偿输入;

?SNS (引脚7):充电电流感测输入;

?BAT (引脚8):锂电池电压输入;

2.2 充电状态流程

BQ2057的充电状态流程如图2-3所示,其充电曲线如图2-2所示,BQ2057的充电分为三个阶段:预充状态、恒流充电

和恒压充电阶段。

2.2.1 预充阶段在安装好电池并加上电源后,BQ2057首先检查工作电压VCC,当工作电压过低时充电器进入睡眠模式,若工作电压正常,则检查电池温度是否在设定范围,若不正常则进入温度故障模式,否则检测电池电压VBAT,当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时,BQ2057以恒流IREG10%的电流IPRE对电池预充电,

2.2.2 恒流充电

在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时,BQ2057进入恒流充电状态,此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流,该电阻可采取高/低边的连接方式,在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间,在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间,如图2-4所示,通过SNS引脚获得充电电流的反馈,感测电阻由公式(1)计算:

其中IREG为预期的充电电流,VSNS可在BQ2057的电特性表中查得。

2.2.3 恒压充电

当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内,恒压精度高于±1%,BQ2057通过VBAT和VSS引脚监测电池组电压,当充电电流达到终止门限I(TERM)时停止充电,当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开始重新充电。BQ2057除了能实现标准的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V电压充电外,还可以通过分压实现对非标准电压充电,其方法是用分压电阻实现的电池分压值作为BAT引脚的输入,如图2-4所示。

2.3 电池温度监测

BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测,常用热敏电阻作为温度传感器,并通过分压电阻实现,如图3-1所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比较以决定是否允许充电。由于外部分压及内部门限电压均以VCC为参考,保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。当把TS引脚连到VCC或VSS时,可以禁止BQ2057的充电功能。

2.4 充电状态指示

BQ2057通过三态引脚STA T报告当前的充电状态:充电状态高电平、充电完成低电平、温度故障或睡眠状态高阻态。当将STAT引脚与单LED或双LED反接方式连接时,可实现充电状态的LED指示,也可以将STA T口与仪器微控制器接口,微控制器通过识别STA T口的三种状态实现仪器的智能管理。

3.典型充电器电路设计

利用BQ2057设计的充电器电路简单,可广泛应用于目前的便携式电子系统的电源管理,对于便携式电子产品的紧凑设计很有意义。

采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电,工作电源DC+根据充电锂电池组的电压选择,推荐工作电压4.5V~18V,电池组的正端电压PACK+接BAT引脚,TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过分压电阻后的分压值,以此判断温度是否正常,BQ2057可设计由PNP晶体管或P沟道MOSFET管充电,在选择时应满足功耗要求,采用PNP晶体管的充电电路参看图3-1,采用P沟道MOSFET管的充电电路参看图3-2。

4.结束语

在我们所设计的便携式电子仪器中,选择了BQ2057W芯片设计仪器的7.2V锂离子电池组充电电路,该充电电路非常简单,整个充电过程及状态显示均由BQ2057单独实现,整个电源管理模块简单可靠,该充电器电路对于涉及到锂电池充电要求的电子系统设计很有价值。

参考文献

1.bq2057/C/W/T Advanced Li-Ion Linear Charge Management IC,2000, Texas Instruments Incorporated

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了解一下锂电池充电IC的选择方案

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bq2057锂电池充电芯片应用

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电动车铅酸电池的正确使用和充电方法

电动车铅酸蓄电池的正确使用、维护保养和充电方法 蓄电池/电瓶是电动自行车的动力源,又是一种易耗品,并且价格较高,因此使蓄电池保持良好的工作状态,延长其使用寿命,无论从环保或经济角度讲,都有很大的实用价值。以下是蓄电池的一些保养方法(下面是从普通电动车用户角度讲,对维修以及电池本身的质量精品文档,你值得期待 我们在这里不讲述,读者可以参考我们后面的讲解或其他资料): 1、新购回来的电动车应先充足电再使用。因为许多电动车在商店已搁置了几个月,甚至半年以上,所以必须先充足电后再使用,充足电后最好不要立即使用,需静置十分钟左右。 2、电瓶拿下来充电,安装的时候,电瓶在电动自行车上安装要牢固,以防骑行时电瓶受振动损害。 电池在搬运中,禁止摔掷、滚翻、重压。 3、经常清除电瓶盖上的灰尘、污物,注意保持电瓶干燥、清洁,以防电瓶自行放电。 4、绝对不能让电瓶长期处于电量不足的状态,并且要养成每天晚上为电瓶充电的良好习惯。长期不用,应该充满电,放置阴凉干燥处,并定期充电(一般10天)。 5、电动自行车刚起动时,要用脚踏(无脚踏的可以用脚推地面的方式)帮助起动,上坡时候,用脚踏帮助电动车上坡,以免放电电流过大而损坏电瓶。 6、骑行时,要注意不能让电瓶过放电,蓄电池放电到终止电压后,继续放电称为过放电。过放电容易引起电瓶严重亏电,从而大大地缩短其使用寿命。所以蓄电池使用时应尽量避免深度放电,做到浅放勤充,一般情况应做到:蓄电池以放电深度为50%时充一次电最佳。电动自行车上一般都设有欠压保护功能,当电瓶电量显示器只有一只显示灯亮时,应该关闭电源,使用脚踏,并尽量尽可能快对电瓶进行充电,以免电瓶过放电。 蓄电池放电到终止电压时内阻较大,电解液浓度非常稀薄,特别是极板孔内及表面几乎处于中性,过放电时内阻有发热倾向,体积膨胀,放电电流较大时,明显发热甚至出现发热变形,这时硫酸铅浓度特别大,生存晶枝短路的可能性增大,况且此时硫酸铅会结晶成较大颗粒,即形成不可逆硫酸盐化,将进一步增大内阻,充电恢复能力很差,甚至无法修复。 蓄电池使用时应防止过放电,采取“欠压保护”是很有效的措施。另外,由于电动车“欠压保护”是由控制器控制的,但控制器以外的其他一些设备如电压表、指示灯等耗电电器是由蓄电池直接供电的,其电源的供给一般不受控制器控制,电动车锁开关一旦合上就开始用电。虽然电流小,但若长时间放电1-2周就会出现过放电。因此,不得长时间开锁,不用时应立即关掉。 7、避免过充电,当充电器显示充满就停止充电,不能一充电就一夜甚至几天。过充电会促使极板活性物质硬化脱落,并产生失水和蓄电池变形。蓄电池在高温季节运行,主要存在过充电的问题。因此,夏天应尽量降低蓄电池温度,保证良好的散热,防止在烈日暴晒后即充电,并应远离热源。 避免过充电,另外要选择充电器参数要与蓄电池良好匹配,要充分了解蓄电池在高温季节的运行状况,以及整个使用寿命期间的变化情况。使用时不要将蓄电池置于过热环境中,特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降温措施,待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。蓄电池的安装位置应尽可能保证良好散热,发现过热时应停止充电,应对充电器和蓄电池进行检查。蓄电池放电深度较浅时或环境温度偏高时应缩短充电时间。 8、避免长期亏电,长期亏电会使极板硫化。在低温情况下,充电主要存在充电接受能力差、充电不足造成电池亏电的问题。低温时应采取保温防冻措施,特别是充电时应放在温暖的环境中,有利于保证充足电,防止不可逆硫酸盐化的产生,延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池的充电方法

铅酸蓄电池充电方法的研究 铅酸蓄电池由于其制造成本低,容量大,价格低廉而得到了广泛的使用。但是,若使用不当,其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多,而采用正确的充电方式,能有效延长蓄电池的使用寿命。 研究发现:电池充电过程对电池寿命影响最大,放电过程的影响较少。也就是说, 绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的。由此可见,一个好的充电器对 蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。 1蓄电池充电理论基础 上世纪60年代中期,美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研 究,并提出了以最低出气率为前提的,蓄电池可接受的充电曲线,如图1所示。 实验表明,如果充电电流按这条曲线变化,就可以大大缩短充电时间,并且对电 池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线,从而奠定了 快速充电方法的研究方向[1,2]。 图1最佳充电曲线 由图1可以看出:初始充电电流很大,但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中,内部产生氧气和氢气,当氧气不能被及时吸收时,便堆积在正极板(正极板产生氧气),使电池内部压力加大,电池温度上升,同时缩小了正极板的面积,表现为内阻上升,出现所谓的极化现象。 蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下: 很显然,充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程,为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电,必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于

电池本身的电动势。但是,实践表明,蓄电池充电时,外加电压必须增大到一定数值才行,而这个数值又因为电极材料,溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中,这种电动势超过热力学平衡值的现象,就是极化现象。 一般来说,产生极化现象有3个方面的原因。 1)欧姆极化充电过程中,正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力,称为欧姆内阻。为了克服这个内阻,外加电压就必须额外施加一定的电压,以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境,出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大,欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。 2)浓度极化电流流过蓄电池时,为维持正常的反应,最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充,生成物能及时离去。实际上,生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度,从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说,从电极表面到中部溶液,电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。 3)电化学极化这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度,落后于电极上电子运动的速度造成的。例如:电池的负极放电前,电极表面带有负电荷,其附近溶液带有正电荷,两者处于平衡状态。放电时,立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少,而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me-e→Me+,不能及时补充电极表面电子的减少,电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极,金属离子Me+转入溶液,加速Me-e→Me +反应进行。总有一个时刻,达到新的动态平衡。但与放电前相比,电极表面所带负电荷数目减少了,与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高,从而严重阻碍了正常的充电电流。同理,电池正极放电时,电极表面所带正电荷数目减少,电极电势变负。 这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。 2充电方法的研究 2.1常规充电法 常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”:充电电流安培数,不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上,常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。 一般来说,常规充电有以下3种。 2.1.1恒流充电法 恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法,保持充电电流强度不变的充电方法,如图2所示。控制方法简单,但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的,到充电后期,充电电流多用于电解水,产生气体,使出气过甚,因此,常选用阶段充电法。

锂电池正确充电方法

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充12小时以上”的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法,可以说一开始就是误传。经过抽样调查,可以看出有相当一部分人混淆了两种电池的充电方法。 锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别,所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电,特别是不要进行超过12个小时的超长充电。 通常,手机说明书上介绍的充电方法,就是适合该手机的标准充电方法。 此外,锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。 关于锂离子电池充放电循环的实验表,关于循环寿命的数据列出如下: 循环寿命 (10%DOD):>1000次 循环寿命 (100%DOD):>200次 其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有关,10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然 如果折合到实际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要比较好一些。但是锂电池的寿命主要体现在充放电周期上,这个周期是一个绝对概念,上次使用了30%电力,充

SLM6900多节电池充电IC芯片电路

________________________特性 ●宽电压输入范围 ●300KHz 固定开关频率 ●预设三节或四节锂电池输出电压或充饱电压通过外围分压电阻设置●输出电压精度达到±1.0% ●充电状态双输出、无电池和故障状态显示●低电压涓流充电功能●软启动限制了浪涌电流●电池温度监测功能●极高的防浪涌电压能力● 采用TSSOP-14L 封装 ________________________应用 ●手持设备●笔记本电脑 ●便协式工业或医疗设备●电动工具 ● 锂电池或磷酸铁锂电池 ________________________概述 SLM6900是一款支持多类型锂电池或磷酸铁锂电池的充电电路,它预置了三节或四节锂电池充电模式,同时也支持通过外围分压电阻调节的其它输出电压模式。它是采用300KHz 固定频率的同步降压型转换器,因此具有很高的充电效率,自身发热量极小。 SLM6900包括完整的充电终止电路、自动再充电和一个精确度达±1.0%的充电电压控制电路,内部集成了输入低电压保护、输出短路保护、电池温度保护等多种功能。 SLM6900采用TSSOP-14L 封装,外围应用简单,作为大容量电池的高效充电器。 __________________最大额定值 ●COMP :-0.3V~7.5V ●VIN :-0.3V~45V (瞬时)-0.3V~30V (连续) ●其它脚:-0.3V~VIN+0.3V ●BAT 短路持续时间:连续●最大结温:145℃ ●工作环境温度范围:-40℃~85℃●贮存温度范围:-65℃~125℃● 引脚温度(焊接时间10秒):260℃

引脚功能表 ____________________________________________________ 引脚名称说明 1DRV驱动管栅驱动 2PVCC驱动管驱动电压输入 3VCC芯片电源输入 4NCHRG电池充电指示 5NSTDBY电池完成指示 6NTC电池温度检测 7SEL充饱电压方案选择 8COMP环路稳定性补偿 9FB电池电压反馈 10ISN充电电流检测负端 11ISP充电电流检测正端 12GND小信号地 13PGND驱动管驱动地 14GVC驱动管栅电压钳位

锂电池线性充电管理芯片LTC4065及其应用

锂电池线性充电管理芯片LTC4065及其应用 摘要锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点,近年来已经成为微型移动终端设备的首选电源。本文介绍了基于LTC4065芯片的线性充电管理方案,仅需要非常少的外围元件配合,就可以实现低成本、超小尺寸的单节锂电池充电管理。 关键词锂电池充电管理LTC4065 SG2003 随着移动计算技术和无线通信技术的发展,微型移动终端设备在移动数据采集、传输、处理及个人信息服务等领域得到越来越多的应用。锂电池因其体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点,近年来已经成为微型移动终端设备的首选电源。锂电池的特性以及应用环境的需求,对微型移动终端设备充电方案的设计提出了更高的要求。因此在充电方案的设计中需要综合考虑成本、体积、噪声、效率等因素。 LTC4065是一款用于单节锂电池的完整恒定电流/恒定电压线性充电管理芯片,可提供高达750 mA且准确度为5%的可设置的充电电流,并支持直接使用USB端口对单节锂电池进行充电。同时其热反馈功能可调节充电电流,以便在大功率工作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制,确保安全工作。由于采用了内部MOSFET架构,因此无需使用外部检测电阻器或隔离二极管。很少的外部元件数目加上其2 mm×2 mm DFN封装,使得LTC4065尤其适合无线PDA、蜂窝电话、无线传感器终端等应用。功能齐全的LTC4065还包括自动再充电、低电池电量充电调节、软启动等丰富功能。 1 LTC4065的引脚功能 LTC4065采用了热处理能力较强的6引脚小外形封装(DFN),且实现产品无铅化,底部采用裸露衬垫,直接焊接至PCB以实现电接触和额定散热性能。引脚排列如图1所示。 各引脚功能如下: 引脚1,GND,接地端。 引脚2,CHRG,漏极开路充电状态输出。充电状态指示引脚具有三种状态:下拉、2 Hz 脉动和高阻抗状态。该输出可以被用作一个逻辑接口或一个LED驱动器。对电池进行充电时,有一个内部N沟道MOSFET将GHRG引脚拉至低电平。当充电电流降至全标度电流的10%时,CHRG引脚被强制为高阻抗状态。如果电池电压处于2.9 V以下的持续时间达到充电时间的1/4,则认为电池失效,而且CHRG引脚将以2 Hz的频率脉动。 引脚3,BA T,充电电流输出。该引脚向电池供应充电电流,并将最终浮动电压调节至4.2 V。该引脚上的一个内部精确电阻分压器负责设定此浮动电压,并在停机模式时断接。 引脚4,VCC,正输入电源。该引脚向充电器供电。VCC的变化范围是3.75~5.5 V。该引脚应通过一个最小1μF的电容器进行旁路。当VCC处于BA T引脚电压的32 mV以内时,LTC4065进入停机模式,从而使IBA T降至约1μA。 引脚5,EN,使能输入引脚。把该引脚拉至手动停机门限(一般为O.82 V)以上,将把LTC4065置于停机模式。在停机模式中,LTC4065的电源电流低于20μA。使能为缺省状态,但不用时应将该引脚连至GND。 引脚6,PROG,充电电流设置和充电电流监视引脚。充电电流是通过连接一个精度为1%的接地电阻器RPROG来设置的。 2 工作原理 LTC4065主要是为实现对单节电池充电而设计的线性电池充电管理芯片。该芯片利用其内部功率MOSFET对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可利用外部电阻编程设定,最大

电动车用铅酸蓄电池充电方法

我的电池是用在电动车上的,我的电动车是今年过了春节才买的,用了没到一年就不耐要了。我以前充满电时可以跑50多公里,现在30公里都不到就没电了。储电量少了一半有没有人知道我这个问题可以修吗? 铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程,充电时,硫酸铅形成氧化铅,放电时氧化铅又还原为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质,当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时,就会“抱成”团,结成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就象滚雪球一样形成大的惰性结晶,结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会沉淀附着在电极板上,造成了电极板工作面积下降,这一现象叫硫化,也就是常说的老化。这时电池容量会逐渐下降,直至无法使用。当硫酸铅大量堆集时还会吸引铅微粒形成铅枝,正负极板间的铅枝搭桥就造成电池短路。如果极板表面或密封塑壳有缝隙,硫酸铅结晶就会在这些缝隙内堆积,并产生膨胀张力,最终使极板断裂脱落或外壳破裂,造成电池不可修复性物理损坏。所以,导致铅酸蓄电池失效和损坏的主要机理就是电池本身无法避免的硫化! 这个说法对吗? ⑴维护: 及时充电,不要过放电。 ②也不要过充电,以电池不感觉很热为标志。 ③在时间允许的情况下,用小电流充电。 ④及时补足电解液。一般情况下,电解液不会损失,损失的是水(蒸发),请补蒸馏水!不可补电解液!! ⑵区别:①锂离子电池和铅酸电池的化学原理和材料不同,但都是以可逆的电化学过程为技术支持。 ②相对于铅酸电池,锂电具有重量轻,容量大,电流量大,无记忆效应等优点。但缺点是目前太贵。预计,锂电必将淘汰铅酸,镍镉,镍氢电池。 充电方法的研究: 常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”:充电电流安培数,不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上,常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。 1、恒流充电法 恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法,保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单,但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的,到充电后期,充电电流多用于电解水,产生气体,使出气过甚,因此,常选用阶段充电法。 2、阶段充电法 此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法 ①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法,首先,以恒电流充电至预定的电压值,然后,改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。 ②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电,中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时,由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少,但作为一种快速充电方法使用,受到一定的限制。 3、恒压充电法 充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值,随着蓄电池端电压的逐渐升高,电流逐渐减少。与恒流充电法相比,其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电,由于充电初

锂电池保护芯片均衡充电设计

锂电池保护芯片均衡充电设计 常用的均衡充电技术包括恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。成组的锂电池串联充电时,应保证每节电池均衡充电,否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU,通过和保护芯片的串行通讯(如I2C总线)来实现,加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。 ?本文针对动力锂电池成组使用,各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护,充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题,设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明,该保护板保护功能完善,工作稳定,性价比高,均衡充电误差小于50mV。 ?锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 ?采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中:1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片(一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等);7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;

锂电池充电保护方案

方案一:BP2971 电源管理芯片 特点 ·输入电压区间(Pack+):~12V ·FET 驱动 CHG和DSG FET驱动输出 ·监测项 过充监测 过放监测 充电过流监测 放电过流监测 短路监测 ·零充电电压,当无电池插入·工作温度区间: Ta= -40~85℃·封装形式: 6引脚 DSE() 应用 ·笔记本电脑 ·手机 ·便携式设备 绝对最大额定值 ·输入电源电压:~7V

·最大工作放电电流:7A ·最大充电电流: ·过充保护电压(OVP): ·过充压延迟: ·过充保护电压(释放值):·过放保护电压(UVP):·过放压延迟:150ms ·过放保护电压(释放值): ·充电过流电压(OCC):-70mV ·充电过流延迟:9ms ·放电过流电压(OCD):100mV ·放电过流延迟:18ms ·负载短路电压:500mV ·负载短路监测延迟:250us ·负载短路电压(释放值):1V 典型应用及原理图

图1:BP2971应用原理图 引脚功能 NC(引脚1):无用引脚。 COUT(引脚2):充电FET驱动。此引脚从高电平变为低电平,当过充电压被V-引脚所监测到 DOUT(引脚3):放电FET驱动。此引脚从高电平变为低电平,当过放电压被V-引脚所监测到 VSS (引脚4):负电池链接端。此引脚用于电池负极的接地参考电压 BAT(引脚5):正电池连接端。将电池的正端连接到此管脚。并用的输入电容接地。 V-(引脚6):电压监测点。此引脚用于监测故障电压,例如过冲,过放,

过流以及短路电压。 芯片功能原理图 芯片功能性模式 监测参数 参数可变(选)区间过充监测电压~ 50mV steps V OVP

一款锂电池充电管理芯片的研究与设计

一款锂电池充电管理芯片的研究与设计 林超 【摘要】:锂离子电池是目前便携式电子产品中使用最为广泛的可充电电池。而且随着电池容量的不断提高,锂离子电池将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一,并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。由于锂离子电池本身电学特性的原因,几乎每一块锂离子电池都需要一个充电管理芯片来提供充放电保护以延长其使用寿命。本文设计并实现一款成本较低、应用广泛,性能优良的锂电池充电管理芯片。采用全定制设计思想,完成了从底层电路开始到整个芯片电路的正向设计,实现了过放电保护、过充电保护、短路保护、过温保护以及涓流充电、恒流充电、恒压充电等控制功能。芯片内部用来驱动充电晶体管的MOS管耐压高达30V以上,在不外加扩展电路的情况下,可设计成多节串联电池的充电电路。低压线性稳压器集成在芯片内部,提高了集成度,使芯片具有较小的面积,降低了成本。芯片的外围电路既可以设计成线性控制也可采用PFM控制,应用电路简单。 此外,改变芯片应用电路的外围电阻就可以调节芯片的恒流充电电流、预充电(涓流充电)截止电压、恒压充电电压和电池充满判断电流。这使得芯片具有很强的适用性,能够应用在很多不同的场合。芯片采用CSMC0.5um DPTM Mixed Signal工艺,使用Cadence工具完成电路设计、仿真、版图设计和验证。仿真结果表明,在电池温度端检测电压大于4.51 V时,充电终止,表明此时电池没有接入;当电池温度检测端电压大于0.05V且小于0.5V 时,充电电流为24mV/Rs;当电池温度检测端电压大于0.5V且小于4.51V时,芯片系统正常工作,此时涓流充电电流为24mv/Rs,预充电结束判断电压为0.61V,恒流充电电流为240mv/Rs,恒压充电判断电压为1.21V,充饱判断电流为24mV/Rs,这些参数均符合设计指标,并且电池充电曲线也符合设计预期。仿真成功后进行版图设计和验证,最终导出GDS文件去foundry流片。 【关键词】:锂电池锂电池充电管理芯片三阶段充电法锂电池充放电保护过温保护【学位授予单位】:西安电子科技大学 【学位级别】:硕士 【学位授予年份】:2012 【分类号】:TM912 【目录】: ?摘要3-4 ?ABSTRACT4-8 ?第一章绪论8-14 ? 1.1 课题研究背景及意义8-10 ? 1.2 锂电池充电管理芯片的研究现状及发展趋势10-11 ? 1.3 本文的主要工作及内容安排11-14 ?第二章锂电池充电管理芯片设计基础14-24 ? 2.1 锂电池工作原理14-15 ? 2.2 锂电池的电学性能及其充电保护要求15-17

锂电池保护芯片原理

锂电池保护原理 锂电池保护板是对串联锂电池组的充放电保护;在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值(一般±20mV),实现电池组各单体电池的均充,有效地改善了串联充电方式下的充电效果;同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态,保护并延长电池使用寿命;欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。 成品锂电池组成主要有两大部分,锂电池芯和保护板,锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成;正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠,包装,灌注电解液,封装后即制成电芯,锂电池保护板的作用很多人都不知道,锂电池保护板,顾名思义就是保护锂电池用的,锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流,还有就是输出短路保护。 01锂电池保护板组成

1、控制ic, 2、开关管,另外还加一些微容和微阻而组成。控制ic 作用是对电池的保护,如达到保护条件就控制mos进行断开或闭合(如电池达到过充、过放、短路、过流、等保护条件),其中mos管的作用就是开关作用,由控制ic开控制。锂电池(可充型)之所以需要保护,是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电,因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成,保护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流。 02保护板的工作原理 1、过充保护及过充保护恢复 当电池被充电使电压超过设定值VC(4.25-4.35V,具体过充保护电压取决于IC)后,VD1翻转使Cout变为低电平,T1截止,充电停止.当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V,具体过充保护恢复电压取决于IC)时,Cout变为高电平,T1导通充电继续,VCR 必须小于VC一个定值,以防止频繁跳变。 2、过放保护及过放保护恢复 当电池电压因放电而降低至设定值VD(2.3-2.5V,具体过充保护电压取决于IC)时,VD2翻转,以短时间延时后,使Dout变为低电平,T2截止,放电停止,当电池被置于充电时,内部或门被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。 3、过流、短路保护 当电路充放回路电流超过设定值或被短路时,短路检测电路动作,使MOS管关断,电流截止。

锂电池正确充电方法

锂电池正确充电方法 充电电压 一般手机电池电压写的是3.7V但一般充电器的电压写的是5V,但不会影响使用的,因为根本没有3.7V的手机充电器卖.新电池切勿过充 对于新买的锂离子电池的"激活"问题,众多的说法是:充电时间一定要超过12小时,反复做三次,以便激活电池。这种"前三次充电要充12小时以上"的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法,可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别,而且可以非常明确的告诉大家,所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电,特别是不要进行超过12个小时的超长充电。 那么电池需要激活吗?答案是肯定的,需要激活!但是,这个过程是由生产厂家完成的,与用户无关,用户也没有能力完成。锂电池真正的激活过程是这样的:锂离子电池壳灌输电解液--封口--化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行几个循环,使电极充分浸润电解液充分活化,直至容量达到要求为止,这个就是激活过程--分容,也就是说出厂后锂离子电池到用户手上已经是激活过的了。另外,其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,除非您拥有了电芯生产设备,否则如何完成? 可是为什么有些产品的说明书上写着,建议用户前三次使用,要对手机进行完全的充放电呢?难道这不是激活吗?其实事实是这样的,在电池出厂,然后销售,再到用户的手中,会经历一段时间,一个月或者几个月,这样一来,电池的电极材料就会"钝化",此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活,只要经过3-5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应。因此用户新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。 长充、深充的危险 长充可能导致过充。锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的"涓流"充电。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。 在对某些机器上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池的寿命而言是不利的。同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以我国电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。前面已经说过,锂电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。 事实上,浅放浅充对于锂电更有益处,只有在产品的电源模块为锂电做校准时,才有深放深充的必要。所以,使用锂电供电的产品不必拘泥于过程,一切以方便为先,随时充电。过充、过放的危害 锂离子电池的额定电压,因为近年材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V,磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V~3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0V,磷铁为2.5V)。低于2.5V(磷铁2.0V)继续放电称为过放,低电压的过放或自放电反应会导致锂离子活性物质分解破坏,并不一定可以还原。而锂离子电池任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏,甚至爆炸。锂离子电池在充电过程必需避免对电池产生过

蓄电池的充电方法和注意事项

在充电过程中充电电流始终保持不变,叫做恒定电流充电法,简称恒流充电法或等流充电法。 在充电过程中,充电电压始终保持不变,叫做恒定电压充电法,简称恒压充电法或等压充电法。 综合恒流和恒压充电法的特点,蓄电池在充电初期用较大的电流,经过一段时间改用较小的电流,至充电后期改用更小的电流,即不同阶段内以不同的电流进行恒流充电的方法,叫做阶段恒流充电法。 阶段等流充电法所需充电时间短,充电效果也好。由于充电后期改用较小电流充电,这样减少了气泡对极板活性物质的冲刷,减少了活性物质的脱落。这种充电法能延长蓄电池使用寿命,并节省电能,充电又彻底,所以是当前常用的一种充电方法。一般蓄电池第一阶段以10h率电流进行充电,第二阶段以20h率电流进行充电。各阶段充电时间的长短,各种蓄电池的具体要求和标准不一样。 间歇使用的蓄电池或仅在交流电停电时才使用的蓄电池,其充电方式为浮充电式。一些特殊场合使用的固定型蓄电池一般均采用浮充电方法对蓄电池进行充电。 这种方法的特点是,以电流幅度恒定和周期恒定的脉冲充电电流对蓄电池充电,两个充电脉冲之间有一放电脉冲进行去极化,以提高蓄电池的充电接受能力。这种充电方法的特点是:在整个充电过程中,充电电流脉冲的幅值和蓄电池的出气率始终保持不变。 这种充电方法的特点是,以恒定大电流充电,待充到一定电压时,停止充电并进行大电流放电去极化,然后再以恒定大电流充电,依此,充放电过程交替地进行。根据这种方法,国内外都有多种方案来实现蓄电池快速充电。 定电流提升电压脉冲充电放电去极化快速充电法 这种方法是定电流定电压脉冲充电放电去极化快速充电方法的改进。 这种方法的特点是,充电脉冲的电压幅值保持恒定,随着充电过程的进行,蓄电池电动势逐渐上升,充电电流幅值逐渐减小,充电脉冲电流的频率恒定,在两个充电脉冲之间加有放电去极化脉冲。 端电压和充放电频率选择脉冲充电放电去极化快速充电法 这种方法的特点是,根据蓄电池充电过程中的极化情况选择充放电脉冲的频率,并在充电后期将蓄电池端电压限定在预选的数值,使出气率限制在一定的容许值。 电池厂家泰科源

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