雙節串聯鋰電池的快速智能充電設計
發布時間:2019-07-04 責任編輯:xueqi
【導讀】目前,快速充電方案被廣泛應用在手機市場中。主流方案有基於處理器廠家高通平台的QC2.0/3.0,和即將應用的4.0標準,MTK的Pump Express標準,國產手機廠商的閃充。QC快充方案使用了高壓輸入的提高功率,可以在提高輸入功率的同時使用低電流的線纜。
閃(shan)充(chong)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)定(ding)製(zhi)大(da)電(dian)流(liu)的(de)線(xian)纜(lan)配(pei)合(he),共(gong)同(tong)點(dian)都(dou)是(shi)應(ying)用(yong)在(zai)單(dan)節(jie)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)產(chan)品(pin)上(shang)並(bing)不(bu)能(neng)應(ying)用(yong)在(zai)雙(shuang)節(jie)串(chuan)聯(lian)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)場(chang)合(he)。雙(shuang)節(jie)串(chuan)聯(lian)的(de)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)典(dian)型(xing)滿(man)充(chong)電(dian)壓(ya)達(da)到(dao)8.4-8.8V,應用在對講機、 POS機等終端產品上。 TI針對多節電池的充電方案產品十分豐富,BQ24725A就是一款支持大電流的支持SMBus通信的充電控製器。BQ24725A輸出電壓支持到最高19.2V,充電電流最大支持到8A以上,輸出電壓精度控製達到0.5%。
使用類似BQ4725A這類集成的充電管理芯片方案對鋰電池充電其實十分簡單。鋰電池直接連接到充電控製芯片BQ24725A的BAT管腳上,配置充電控製芯片的Charge Voltge,Charge Current,以及保護功能的Input Current Limit,使能充電功能即可。Charge Voltage(VCHG)是電芯的最大滿充電壓,Charge Current (ICHG) 是電芯允許的最大充電電流。典型的鋰電池充電特性如下圖所示,分為CC(Constant current)和CV(Constant Voltage) 兩個階段。CC階段恒定以最大充電電流持續對電池進行充電,此時單位時間充入電池的電量是恒定的Q=ICHG*T。suizhedianchichongrudianliangyuelaiyueduo,dianchidianyahuishangsheng,dangdianyashangshengdaozuidamanchongdianyashihou,chongdianxinpianjiangkongzhishuchudianyaweihengdingdezuidamanchongdianya,cishidianliukaishizhujianjianxiao,chongrudianliangdezengjiasudumanmanjianman,zongchongrudianliangrengranzaizengjia。zhidaodianliujianxiaodaojiezhidianliudian,chongdianxinpiantingzhichongdian,lidianchidadaochongmanzhuangtai。

基於這個管理過程,使用充電芯片BQ24725A對一塊對講機電池(滿充電壓8.8V)進行充電,並記錄下充電過程中的VCHG, ICHG和VCELL(電芯側的電壓)。下圖所示為基於橫坐標的充電時間(分鍾)對應的各個參數的變化趨勢,可以看到在不到第五分鍾,VCHG就達到最大值,ICHG就從峰值的4A電流開始下降,經曆了從CC區間到CV區間的切換。最大充電速率的CC階段4A充電持續時間很短,可以預料,如果要對這塊電池完全充滿,CV區間將耗費很長的時間。
通過對充電曲線的分析會發現,充電管理芯片的輸出電壓VCHG和電芯的電壓VCELL之間存在壓差,導致VCHG達到最大電壓8.8V時候,VCELL還沒有達到8.0V,這部分的壓差可能是充電端到電芯端的阻抗導致的,比如充電器PCB,電dian池chi保bao護hu板ban阻zu抗kang。另ling外wai在zai對dui講jiang機ji行xing業ye普pu遍bian使shi用yong可ke插cha拔ba的de電dian池chi,電dian池chi分fen離li充chong電dian時shi候hou,觸chu點dian和he充chong電dian座zuo彈dan片pian的de接jie觸chu情qing況kuang也ye會hui導dao致zhi阻zu抗kang不bu確que定ding性xing。

通過引入電量計芯片配合充電芯片的控製,可以彌補VCHG到VCELL的電壓差。電量計芯片除了提供電量功能,還采集了電池的電芯電壓參數,通過實時訪問電量計芯片中的電芯電壓VCELL采樣結果,根據VCELL電壓是否達到最大滿充電壓來決定是否提高充電芯片的VCHG,維持電池的CC充電狀態。直到VCELL達到最大滿充電壓8.8V進入CV區間,停止提高VCHG,並根據VCELL的繼續升高趨勢而調低VCHG,維持VCELL在8.8V的最大電壓,保護電池。通過讀取VCELL電壓配合變化的VCHG可以達到快速智能的充電管理過程。
配合電量計芯片BQ28Z610,在BQ24725A的評估版上對雙節8.8V的對講機電池的第二次充電測試,記錄曲線如下圖所示,CC階段4A持續充電時間達到41分鍾,遠遠長過前一次測試的普通的充電方案。
基於兩種充電方案的測試結果對比,利用BQ28z610的電量計芯片和雙節電池的充電控製芯片BQ24725A實現了對雙節鋰電池的快速智能充電。BQ28z610還可以提供電芯的實時電壓,溫度,電流等參數給管理充電控製的MCU, MCU根據實時參數來調整BQ24725A的充電電壓,電流,實現實時安全的閉環調整,既能保證電芯的安全充電,又可以最大程度的延長恒流充電的時間,實現快速充電。
來源:TI網站
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