【正文】 客機(jī)攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。 循環(huán)壽命高 在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過 500次。 無記憶效應(yīng) 記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。 快速充 電 使用額定電壓為 的恒流恒壓充電器可以使鋰離子電池在一至兩個(gè)小時(shí)內(nèi)得到滿充 當(dāng)然， 鋰離子電池也 必然會(huì) 存在著一定的缺點(diǎn)，如： 電池成本較高。 主要是電池使用主要材料的價(jià)格高（如鈷酸鋰、高純電解銅、高純電解液等材料價(jià)格昂貴），電解質(zhì)體系提純困難。另外，生產(chǎn)過程控制要求很高，增加了管理和設(shè)備運(yùn)行成本。 鈷酸鋰的電池不能大電流放電。 由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對(duì)其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在 1C 以下，只適合于中小電流的電器使用。但現(xiàn)在使用鎳鈷錳酸鋰和磷鐵做正極的電 池，用于電動(dòng)工具和電動(dòng)車等，已經(jīng)可以 1020C放電。 需要保護(hù)線路控制。 10 A、 過充保護(hù)：電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時(shí)過充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題；故必須在 的恒壓下充電； B、 過放保護(hù)：過放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。 充電器的背景 充電器的分類 充電器，英文名稱 為 Charger。通常指的是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)、相機(jī)等等常見電器 。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。 充電器有很多，如 鉛酸蓄電池 充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測、 鎘涅電池 充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護(hù)電路多功能充電器、電動(dòng)車蓄電池充電器等。 目前市場上的充電器主要分為恒流充電器和自動(dòng)充電器兩種。 1． 恒流充電器 恒流充電器（如圖 21）是市場上最常見的充電器，從鎳鎘電池時(shí)代，就開始使用恒 流充電器。恒流充電器通常使用慢速充電電流，它的使用相對(duì)比較簡單，只需將電池放在電池倉中即可充電。需要注意的是，對(duì)充電時(shí)間的計(jì)算要準(zhǔn)確。 對(duì)充電時(shí)間的計(jì)算有個(gè)簡單的公式： 充電時(shí)間 =。例如：對(duì)1200mAH 的電池充電，充電器的充電電流為 150mA，則時(shí)間為 1800mAH/150mA 等于12小時(shí)。當(dāng)然在很多時(shí)候并不能計(jì)算出正好的時(shí)間，可以挑離得最近的半小時(shí)以方便記時(shí)。例如：充電器的電流為 160mA，對(duì) 1400mAH 的電池充電，則時(shí)間為2100mAH/160mA 約為 13小時(shí)，而不用計(jì)算到分。 恒 流充電器的構(gòu)造簡單，工作穩(wěn)定，是一種不錯(cuò)的充電方式，對(duì)電池壽命的影響小。但它也有其局限性，首先必須計(jì)算時(shí)間，另外隨著鎳氫電池的容量越來越大，恒流充電所需的時(shí)間也越來越長，對(duì)使用帶來了一定的不便。 11 圖 21 恒流充電器 2． 快速自動(dòng)充電器 快速自動(dòng)充電器 （如圖 22） 越來越受到大家歡迎，它具有充電速度快，安全等特點(diǎn)。但也有一部分人對(duì)它有疑慮，因?yàn)榭焖俪潆娖骰径际褂每斐潆娏鱽沓潆?，這些人怕它會(huì)對(duì)電池的壽命產(chǎn)生影響。 但是大電流充電對(duì)電池壽命的影響是很小的，在很多情況下都要用到快速充電甚至超高速充電，充電 電流有時(shí)可以達(dá)到 2C 或更高。大電流并不是電池殺手，真正對(duì)電池壽命產(chǎn)生影響的是大電流充電時(shí)產(chǎn)生的高熱。 使用快速充電器的另一個(gè)問題是，當(dāng)充電時(shí)間到了之后如果忘記停止充電，對(duì)電池的傷害要遠(yuǎn)大于慢速恒流充電器過充產(chǎn)生的傷害。因此為了解決過充問題，快速充電器一般都采用了比如電壓斜率判斷法等方法來判斷電池是否接近充滿，這些充電器都使用了控制電路或者 IC芯片來完成這一任務(wù)。當(dāng)電池接近充滿時(shí)，控制電路會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電模式，對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。采用涓流電流對(duì)電池進(jìn)行充電的好處是很明顯的，其一如前所述，涓流充電能將電池充的 很滿，其次就是不用擔(dān)心過充的問題，因此使用這類充電器的最大好處就是不用再去計(jì)算時(shí)間。具體的使用方法可以查看各自的使用說明書，以防操作不當(dāng)。 快速充電器有一個(gè)分支就是超高速的充電器，這類充電器應(yīng)用范圍不大，設(shè)計(jì)、 12 結(jié)構(gòu)和工藝都很復(fù)雜，因此價(jià)格相當(dāng)昂貴。 在一些特殊的場合，人們需要在很短的時(shí)間內(nèi)充好電池使用，這就需要使用超高速充電器。由于超高速充電器需要極大的充電電流，有些甚至使用了 2C3C 的充電電流，其發(fā)熱問題尤為嚴(yán)重，僅僅采用余弦波充電還不夠，因此這類充電器很多都采用在一個(gè)余弦波后插入一個(gè)很短暫的放電這種方 法。這種做法可以緩解由于反電勢消耗充電電流所產(chǎn)生的熱量積累，從而進(jìn)一步控制溫度。 圖 22 快速自動(dòng)充電器 充電器在生活應(yīng)用可被分為民用、 工業(yè)用 、軍用等。民用的通常有手機(jī)充電器、電腦充電器、電瓶車充電器等。 而工業(yè)用的則比民用的在性能價(jià)格等諸多方面要高一點(diǎn)。軍用的則是性能最好，當(dāng)然，價(jià)格也是最高的。 充電器的 充電時(shí)間計(jì)算 電池容量看電池外面的標(biāo)注，充電電流看充電器上標(biāo)注的輸入電流。 充電電流小于等于電池容量的 5％時(shí)： 13 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。充電電流 (mA) 充電電流大于電池容量的 5％，小于等于 10％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。充電電流 (mA) 充電電流大于電池容量的 10％，小于等于 15％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。充電電流 (mA 充電電流大于電池容量的 15％，小于等于 20％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。充電電流 (mA) 充電電流大于電池容量的 20％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。充電電流 (mA) 充電器國內(nèi)外的現(xiàn)狀 目前中國是全球鋰離子充電器最大的 生產(chǎn)地，去年共計(jì)生產(chǎn)了 5 億個(gè)充電器，其中 1億多個(gè)銷售在國內(nèi)，其余都銷往國外。而內(nèi)地市場上有超過幾百家的鋰離子充電器制造商，其中大多數(shù)為中小型企業(yè)，平均每家廠商的月產(chǎn)能在幾十萬個(gè)以上，廣東省聚集了最多的鋰離子充電器制造商。 我國在鋰離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過了 USABC 提出的 2021 年長期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)，已能自主開發(fā)出用量在 50~80 公斤以下，可適用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電油混合動(dòng)力車、油電混合動(dòng)力電動(dòng)車，行駛距離在 80 公里以內(nèi)的小型、輕型供上下班使用的家用電動(dòng)小轎車的鋰離子蓄電池，并有足夠 好的安全行駛性能。從 1997 年開始產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的蘇州星恒作為國家鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目基地，其研發(fā)的動(dòng)力電池組已通過美國 UL 認(rèn)證和歐盟獨(dú)立組織 Extra Energy 的測試認(rèn)證，并在蘇州建成第一條動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn)，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。 國外，像 飛思卡爾推出了一系列鋰離子電池充電器集成電路產(chǎn)品 MC3467MC34673 和 MC34674，具有高精確度和高集成度。電池充電器集成電路可以在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供 177。% 的輸出電壓精確度和 177。5% 的充電電流精確度。這些電池充電器集成電路為單個(gè)鋰離子 或鋰聚合物電池提供高達(dá) 的充電電流。高輸入電壓功能(最高達(dá) 28V)是專為消除手持器件所需的外部輸入過電壓保護(hù)電路的需要而設(shè)計(jì)的，有助于降低系統(tǒng)成本和電路板空間。 14 Maxim(美信 )也推出 MAX8814 首款額定 28V 的單輸入充電器，可以承受高達(dá) 28V的輸入瞬態(tài)變化。該器件通過集成 Maxim 專有的溫度及恒流恒壓 (CCCV)調(diào)節(jié)電路，可以避免快速充電過程中出現(xiàn)過熱，簡化了硬件設(shè)計(jì) 。 鋰離子電池組用充電器的原理 鋰離子電池 充電器的組成 充電電路由三部分：控制部分，檢測部分及充電部分組成。 如圖 23 所示，采用專用控制芯片進(jìn)行充電控制，充電控制芯片一般本身具有脈寬調(diào)制 PWM 型開關(guān)穩(wěn)壓電源所需的全部功能，具有采樣電路?？芍苯訕?gòu)成電池電壓，電流，溫度檢測電路。 充電控制芯片通過電壓反饋和電流反饋信號(hào)，直接利用 PWM 輸出將數(shù)字電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)，能夠保證控制精度。 圖 23充電 器一般結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn) 電流可調(diào) 充電器的最經(jīng)濟(jì)的方法就是用一個(gè) 可調(diào)的 快速 開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)的（圖 24） ?？焖?開關(guān)電源 是用一個(gè)電感和 /或一個(gè)變壓器（需要隔離的時(shí)候用變壓器）作為能量存儲(chǔ)單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關(guān)調(diào)節(jié)器反饋電路，通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時(shí)也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負(fù)載時(shí)保持恒定。 快速 開關(guān)電源 調(diào)節(jié) 電流 的操作是通過控制一個(gè)晶體管開關(guān)的占空比來實(shí)現(xiàn)的。占空 15 比會(huì)自動(dòng)增加以使電池流入更多的電流。 圖 24 可調(diào)開關(guān)電源 工作原理 鋰離子電池充電器的工作 過程 鋰離子充電器先以恒流工作，再以恒壓的方式給電池充電，當(dāng)電池電流下降一定的數(shù)值時(shí)，可認(rèn)為充電完成（如圖 25）。 如圖 25所示， 是充電過程中充電電流 I和充電時(shí)間 t 的關(guān)系。 充電器先以 I1的電流給鋰電池充電，過了 t1時(shí)間，等到鋰電池的電壓達(dá)到某一需要的值時(shí)，充電器的工作狀態(tài)變成了恒壓充電。 而圖 26表示的是恒壓恒流切換過程中電壓 V和時(shí)間 t 的關(guān)系。由于鋰電池充電前其內(nèi)部本身的電在先前使用時(shí)是不會(huì)被用盡的，所以鋰電池本身就有一個(gè)電壓U0，在恒流充電的過程中，鋰電池內(nèi)部的電壓從 U0慢慢增加到 U1，然后就以 U1的恒壓對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，直至完成整個(gè)充電過程。 16 圖 25 充電過程中 It關(guān)系圖 圖 26 充電過程中 Ut關(guān)系圖 （恒流、恒壓） 充電器在充電過程中，對(duì)電池有一個(gè) 采樣的動(dòng)作， 目的是對(duì)電池的保護(hù)以及確認(rèn)充電是否完成。 通過比較三種采樣方式 ，采用最好的采樣方式。 1） 直接采輸出點(diǎn)電壓 如果 27采用的就是通過連接線直接采樣輸出點(diǎn)電壓。這種采樣的有點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，無需額外的成本。但是，由于連接線存在的一定的電阻，當(dāng)連接線很短的充電電壓（ U） 充電時(shí)間（ t） t1 恒流充電 恒壓充電 0 U0 U1 充電電流（ I） 充電時(shí)間（ t） t1 恒流充電 恒壓充電 0 I1 17 時(shí)候，我們可以忽視其電阻，采樣的精度就會(huì)很高；但是，當(dāng)電源和電池有一定的距離時(shí)，也就是說采樣點(diǎn)和電池有一定的距離時(shí)，由于 U=IR，連接線上會(huì)消耗一定的電壓，導(dǎo)致采樣的電壓 =電池兩端的電壓 連接線上消耗的電壓，這樣就導(dǎo)致采樣的電壓和電池兩端的電壓存在比較 大的 偏差，也就是說采樣精度很差。 圖 27 AB兩點(diǎn)間采樣 2） 充電間隙采樣 充電間隙采樣就是指在充電的過程中停止一會(huì)兒的充電去采樣，然后恢復(fù)充電這樣一個(gè)循環(huán)的過程 （圖 28） 。 充電間隙采樣的結(jié)構(gòu)跟圖 27 相似，就是在里加一個(gè)開關(guān)，自動(dòng)控制電路的通斷。當(dāng)開關(guān)處于閉合時(shí)，其采樣的原理和直接采樣時(shí)一樣的。而充電間隙采樣時(shí)在開關(guān)處于斷開的一小段時(shí)間內(nèi)去對(duì)電池進(jìn)行采樣，這時(shí)，連接線的電流為 0，由 U=IR可以看出，連接線兩端的壓降等于 0，這個(gè)時(shí)候的采樣精度就非常的高了。這種采樣方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不增加其制造 成本。 充電間隙采樣的缺點(diǎn)在于由于采樣的時(shí)候沒有電流，也就是充電是停止的，所以導(dǎo)致充電的不連續(xù)，充電時(shí)間也就相應(yīng)的變長了。 18 圖 28 間隙采樣時(shí)間 圖中， t1為充電時(shí)間 t2為采樣時(shí)間 3） 采用獨(dú)立輸出采樣線 采用獨(dú)立輸出采樣線采樣 （圖 29） 就是在鋰電池的兩端在增加兩個(gè)獨(dú)立的采樣線。由于在采樣線上不通過電流，所以采樣線上的壓降是 0，這樣，采樣的精度和間隙采樣的精度一樣，都是有著很高的采樣精度。和間隙采樣比起來還有一個(gè)優(yōu)勢就是保證了充電過程的連續(xù)。但是既保證了采樣的精度，還保證了充電過程的連續(xù)， 當(dāng)然也會(huì)存在著自身的不足，而這個(gè)唯一的不足就是增加了兩個(gè)采樣的，導(dǎo)致整個(gè)充電器成本的上升。 但是，對(duì)于那些對(duì)精度和時(shí)間要求特別的項(xiàng)目上，這些成本也不足為奇了。 19 圖 29 采用獨(dú)立導(dǎo)線采樣 一個(gè)充電器必須有對(duì)電池以及消費(fèi)者在安全方面的保護(hù)，鋰離子充電器有以下三大保護(hù)。 1） 單體過壓保護(hù)： 單體恒壓充電的電壓為 ，當(dāng) 單體電壓大于 時(shí)應(yīng)能自動(dòng)停止充電。 2）當(dāng)輸出端或電池組發(fā)生短路、開路、反接時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)停止充電 。 3）過壓保護(hù)：當(dāng)電池組電壓大于 30V 時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)停止充電 。 鋰 離子電池組用充電器的應(yīng)用 研究目的 當(dāng)今社會(huì)，由于許多鋰離子電池產(chǎn)品，像手機(jī)、 數(shù)碼相機(jī) 相機(jī) 、 PDA 等一系列和人生活密切相關(guān)的，幾乎是每個(gè)人每天都要使用的產(chǎn)品的被生產(chǎn)，越來越多的安全問題也隨之產(chǎn)生，而在這許多的安全問題之中，絕大部分是來自于鋰電池充電器。充電過程中的自然、爆炸等諸多的問題的產(chǎn)生，使得鋰電池充電器在設(shè)計(jì)和制造過程中 的要求越來越高。然而，隨著人們生活水平的提高，對(duì)鋰電池充電器的設(shè)計(jì)要求也不僅僅只是在安全方面的