電池充電可以使用多種方法完成，包括線性 （CC/CV） 充電和脈沖充電。本應(yīng)用筆記比較了這些充電方法對充電效率和電池老化的影響。描述了一個實驗來研究脈沖充電和線性充電對充電效率和電池老化的影響。結(jié)果表明，脈沖充電方法對電池單元的充電速度更快，并且與線性充電方法相比，電池單元老化更小。

介紹

脈沖充電拓撲具有許多與線性充電相同的理想優(yōu)勢，包括簡單、低成本、小尺寸和少量外部元件。與線性充電器相比，它的優(yōu)勢在于熱量在墻上適配器中消散，而不是充電器本身。然而，存在明顯的缺點，這些缺點提出了這樣的概念，即Li+電池的脈沖充電過早老化電池，這是由于在恒流區(qū)域和脈沖區(qū)域（非常接近其最大電壓）期間使其受到相同的電流。然而，所獲取的數(shù)據(jù)并不支持這一理論。本文將比較線性（CC/CV）充電器與DS2770電池監(jiān)測器和脈沖充電器，重點介紹兩者在充電時間、充電容量和電池老化方面的影響。

充電時間和電池老化實驗

DS2770電池監(jiān)測器和充電控制器具有Li+脈沖充電器，用于提供脈沖充電曲線，并用作實驗的庫侖計數(shù)器。庫侖計數(shù)用作細胞循環(huán)時容量遞減的量度。圖1顯示了用于實驗的測試設(shè)置。

圖1.線性和脈沖充電器實驗的測試設(shè)置。

使用的充電源是吉時利 2304 型電源。對于脈沖模式周期，它被設(shè)置為6.0V的開路電壓和750mA的電流限值。Keithley 連接到圖 3 中的節(jié)點 A 用于脈沖模式周期。DS2770以電流限值對電池充電，直至達到4.2V，然后轉(zhuǎn)換到脈沖相位。脈沖寬度（t脈沖） 為 875ms（典型值），充電在 t 時終止脈沖+ 噸關(guān)閉= 14s （典型值），占空比為 6.25%。詳細規(guī)格請參考DS2770數(shù)據(jù)資料。

對于線性充電周期，吉時利被編程為在恒流區(qū)域以750.6V提供0mA電流。它連接到節(jié)點B進行線性周期，從而繞過DS2770的脈沖充電器。DS2770用于測量恒流階段的電池電壓和恒壓區(qū)時的電流。當(dāng)電池電壓測量達到4.2V時，吉時利保持節(jié)點B的恒定4.2V.當(dāng)DS2770測得的電池電流降至50mA（節(jié)點B為恒定4.2V）時，充電終止，電池被認為已完全充電。

第二臺吉時利 2304 用于模擬放電循環(huán)的負載。所有放電循環(huán)均在25°C下完成，并且具有相同的曲線，無論用于電池充電的模式如何。負載電流設(shè)置為750mA DC，直到電池電壓衰減至3.4V。然后再次降至250mA DC，直到電池電壓降至3.4V。最后，將負載降至50mA，當(dāng)電池電壓在3mA負載下降至4.50V時，電池被認為已完全放電。DS2770的累積電流寄存器（ACR）在放電周期開始和結(jié)束之間的差值記錄為每個給定充電周期電池的可用容量。

充電時間和可用容量在整個溫度范圍內(nèi)

采用全新的1400mAh鋰聚合物電池比較DS2770脈沖充電器和分立線性充電器的充電時間隨溫度變化。由于電池容量在最初的幾個充電/放電周期中可能會有很大變化，因此在進行任何測量之前，該電池通過循環(huán)10次來“闖入”。

實驗首先通過DS2770脈沖充電器在40°C下對完全放電的電池進行充電。 記錄充電開始和結(jié)束之間的時間（使用 PC 時鐘）持續(xù)時間。然后將腔室返回到25°C，并使用前面描述的輪廓和“空”標準將電池完全放電。從放電開始到結(jié)束的ACR差異記錄為該溫度下電池在該充電曲線下的可用容量。然后使用線性曲線在40°C下對電池充電，再次記錄充電時間。它在25°C下放電，記錄δACR。在0°C至40°C的充電循環(huán)溫度范圍內(nèi)以5°C為增量重復(fù)該過程，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2.脈沖和線性充電器在充電溫度范圍內(nèi)的充電時間。

圖3.脈沖和線性充電器在充電溫度范圍內(nèi)的可用電池容量。

在給定溫度下，兩種充電拓撲的可用容量幾乎相同，脈沖充電器在高溫下略好，而線性充電器則相反。然而，充電時間的差異相當(dāng)顯著。在低溫下，恒壓浮充的充電時間比脈沖模式浮充時長 37%。在 40°C 時，脈沖充電器的速度提高了 14%。這些結(jié)果表明，脈沖模式充電器將為電池充電速度明顯更快，但盡管時間較短，但電池充電的可用容量與線性充電器幾乎相同。

線性和脈沖充電器之間的電池老化比較

隨著脈沖充電器充電時間的加快，下一個要解決的測量是電池相對于線性模式充電的老化效應(yīng)。兩個全新的1400mAh鋰聚合物電池循環(huán)10次以打破它們。一節(jié)電池在500°C線性曲線下進行25次充電/放電循環(huán)，另一節(jié)電池由DS2770脈沖充電器充電。放電曲線與充電時間實驗描述的相同。電池老化基于可用容量的減少，通過每個放電周期前后的DS2770 ACR差異來衡量。實驗結(jié)果以首次放電時可用容量的百分比表示，如圖4所示。

圖4.線性和脈沖充電器的電池老化。

該實驗表明，脈沖模式充電的老化效應(yīng)實際上小于線性模式。在4°C下進行6次充電/放電循環(huán)后，使用CC/CV曲線循環(huán)的電池的可用容量比脈沖充電器低500.25%。

結(jié)論

線性和脈沖模式Li+充電器都具有許多優(yōu)點，包括簡單、低成本、小尺寸和少量外部元件。線性充電器在電池組中的調(diào)整元件中耗散功率，需要電池組設(shè)計人員做出調(diào)整以管理產(chǎn)生的熱量。脈沖充電器需要一個限流充電源，但這允許功率耗散在充電源而不是電池組中。脈沖電荷曲線的一個明顯缺點是電池老化，這是由于電池在V處脈沖1C充電電流的結(jié)果簡歷.使用DS2770電池監(jiān)測器和充電控制器，進行了實驗演示。脈沖充電器在 16°C 下為電池充電的速度比線性充電器快 25%，可用容量和 b.）在4°C下進行6次充電/放電循環(huán)后，脈沖充電器實際上比線性充電器的電池老化小500.25%。

審核編輯：郭婷