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简化针对多种化学类型电池的充电器

放大字体??缩小字体 发布日期:2016-06-15 08:13:03 ??来源:新能源汽车网??编辑:全球新能源汽车网??浏览次数:461
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  当为不同电池芯容量的多种化学类型电池充电时,在不同的充电阶段上,电池电压可能会高于或低于电源电压。因此,需要对电源电压做升压或降压,以配合电池的电压。例如,当为一个典型电压为1.25V的单芯NiMH(镍金属)电池充电时,必须对3.3V的电源做衰减或降压。当要为一个单芯4.1V锂离子电池充电时,输入电压需要做升压。为解决这些问题,应用一种SEPIC(单端初级电感转换器)作为主充电路径。这种开关模式的DC/DC转换结构可以同时在某个电压区间内完成升降压工作,从而提供了电源电压的灵活性。

  锂离子与NiMH化学类型需要不同的充电曲线,但一个灵活的充电架构可以方便地用于两种情况。较为灵活与简便的实现方式是,用微控制器上的固件,从一种化学类型切换到另一种类型。如果设计一种模块化的充电子系统,并将各种功能封装到各个模块中,就可以根据系统需求,使用某个系列中的不同微控制器,实现相同的应用。模块化的使用简化了设计,开发人员就能够为其它主要应用增加电池充电功能,如电机控制与医疗测量等。

  在控制充电电流时,电池充电器必须要确定出电池的电压、电流与温度。确定电池状态的硬件对所有电池类型都是共同的,电池电压可以高于或低于微控制器的输入范围。因此,工程师们一般都会用一个电阻分压电路测量电压,做电压衰减。他们可以测量高侧的电流,即进入电池的电流;也可以测量低侧的电流,即离开电池的电流;或者,在SEPIC情况下,可以在电感的次级端使用一只电阻。电池通常都内嵌有热敏电阻,可以用于监控和确保电池温度的精度。有些商用电池制造商为降低成本而省略了这些热敏电阻。这种情况下,用户可以外接一只热敏电阻,并使之与电池接触。

  采用这些测量参数,微控制器就能确定并控制进入电池的充电电流。从电池充电器的角度来说,不同化学类型之间的主要区别就是充电曲线(图1)。锂离子电池采用的是恒流恒压的充电曲线。如果电池电压在启动时低于恒流阈值,则电池充电器会以少量电流供电,大约为电池容量的10%。在这个预处理阶段,电池电压会随着充电电流而逐步增加。当电压达到快充阈值时,微控制器将充电电流增加到约为100%容量。这个恒流阶段一直保持下去,直到电池电压达到规定的电压值。然后,电池充电器进入恒压阶段,在此期间,充电电流减小,同时电池电压保持在规定的电压值。当电流降低到终止电流时,电池电压保持不变,而电池充电过程终止。

图1,从电池充电器的角度,锂离子电池化学类型(a)与NiMH电池化学类型(b) 之间的主要差异是充电曲线。

图1,从电池充电器的角度,锂离子电池化学类型(a)与NiMH电池化学类型(b) 之间的主要差异是充电曲线。

  在充电期间,电池中的电流随温度的变化而变化。如果有任何电池状态参数(电压、电流或温度)超出了相应电池充电阶段所规定的范围,则电池充电器会停止充电做保护。

  NiMH电池的前两个充电阶段与锂离子电池类似,即:20%容量的激活段,以及100%容量的恒流段。电压下跌与温度下跌表明了NiMH电池的恒流段结束,而电流保持恒定。在这次电压下跌后,NiMH充电器的充电曲线进入了充电完成阶段,在此期间,电流降低到约5%容量的涓流水平。这一阶段提供一个恒定时间的小充电电流,直到充电终止。

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