電池充電新方法――USB
當(dāng)USB端口帶有一個(gè)總線供電的USB集線器,集線器上接了低功耗設(shè)備時(shí),USB口上允許的直流電壓跌落如圖1所示。大功率負(fù)載與總線供電的集線器連接時(shí),電壓跌落將超過圖1給出的指標(biāo),并會引起總線過載。
圖1. 主機(jī)至低功率負(fù)載的電壓跌落大于圖中給出的允許直流電壓跌落時(shí),會引起總線過載。
2.1 單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池
如今的鋰電池充電至最大額定容量后,其電壓通常為4.1V至4.2V之間。當(dāng)前市場上正在出售的、更新的、容量更大的電池,其電壓范圍在4.3V至4.4V之間。典型的棱柱形鋰離子(Li+)和鋰聚合物(Li-Poly)電池容量為600mAh至1400mAh。
對Li+和Li-Poly電池來說,首選的充電曲線是從恒流充電開始,一直持續(xù)到電池電壓達(dá)到額定電壓。然后,充電器對電池兩端的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。這兩種調(diào)節(jié)方式構(gòu)成了恒流(CC)恒壓(CV)充電方式。因此,這種類型的充電器通常稱為CCCV充電器。CCCV充電器進(jìn)入CV模式后,電池的充電電流開始下降。若采用0.5C至1.5C的典型充電速率充電,則當(dāng)電池達(dá)到其充滿容量的80%至90%時(shí),充電器由CC模式轉(zhuǎn)換為CV模式。充電器一旦進(jìn)入CV充電模式,則對電池電流進(jìn)行監(jiān)視;當(dāng)電流達(dá)到最低門限(幾毫安或者幾十毫安)時(shí),充電器終止充電。鋰電池的典型充電曲線如圖2所示。
圖2. 使用CCCV充電器對Li+電池充電時(shí)的典型曲線
從圖1所示的USB電壓跌落指標(biāo)可以看出,端口供電集線器的下游低功率端口電壓不具備足夠的余量,很難將電池充至4.2V。充電通路上存在的小量額外電阻會妨礙正常充電。
Li+和Li-Poly電池應(yīng)在合適的溫度下進(jìn)行充電。制造商推薦的最高充電溫度通常為+45°C至+55°C之間,允許的最大放電溫度可再高出10°C左右。這些電池使用的材料,化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,如果電池溫度超過+70°C,會發(fā)生燃燒。鋰電池充電器應(yīng)具備熱關(guān)斷電路,該電路監(jiān)視電池溫度,如果電池溫度超過制造商推薦的最大充電溫度時(shí),則終止充電。
2.2 鎳氫電池(NiMH)
NiMH電池比鋰電池要重一些,其能量密度也比鋰電池低。一直以來,NiMH電池比鋰電池要便宜,但是最近二者的價(jià)格差在縮小。NiMH電池具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸,在大多數(shù)應(yīng)用中可直接替換堿性電池。每節(jié)電池的標(biāo)稱電壓為1.2V,充滿后會達(dá)到1.5V。
通常采用恒流源對NiMH電池充電。當(dāng)達(dá)到充滿狀態(tài)時(shí),會發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng),并導(dǎo)致電池溫度上升,電池端電壓降低??蓹z測電池溫度上升速率或者負(fù)向電壓變化率,并用來終止充電。這些充電終止方法分別稱為dT/dt和-ΔV。充電速率非常低時(shí),dT/dt和-ΔV不太明顯,很難精確檢測到。電池開始進(jìn)入過充狀態(tài)時(shí),dT/dt和-ΔV響應(yīng)開始顯現(xiàn)。此時(shí)如果繼續(xù)充電,將損壞電池。
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