電池充電可以使用多種方法完成，包括線(xiàn)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(duì)充電效率和電池老化的影響。描述了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究脈沖充電和線(xiàn)性充電對(duì)充電效率和電池老化的影響。結(jié)果表明，脈沖充電方法對(duì)電池單元的充電速度更快，并且與線(xiàn)性充電方法相比，電池單元老化更小。

介紹

脈沖充電拓?fù)渚哂性S多與線(xiàn)性充電相同的理想優(yōu)勢(shì)，包括簡(jiǎn)單、低成本、小尺寸和少量外部元件。與線(xiàn)性充電器相比，它的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)，這些缺點(diǎn)提出了這樣的概念，即Li+電池的脈沖充電過(guò)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(xiàn)性（CC/CV）充電器與DS2770電池監(jiān)測(cè)器和脈沖充電器，重點(diǎn)介紹兩者在充電時(shí)間、充電容量和電池老化方面的影響。

充電時(shí)間和電池老化實(shí)驗(yàn)

DS2770電池監(jiān)測(cè)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(xiàn)，并用作實(shí)驗(yàn)的庫(kù)侖計(jì)數(shù)器。庫(kù)侖計(jì)數(shù)用作細(xì)胞循環(huán)時(shí)容量遞減的量度。圖1顯示了用于實(shí)驗(yàn)的測(cè)試設(shè)置。

圖1.線(xiàn)性和脈沖充電器實(shí)驗(yàn)的測(cè)試設(shè)置。

使用的充電源是吉時(shí)利 2304 型電源。對(duì)于脈沖模式周期，它被設(shè)置為6.0V的開(kāi)路電壓和750mA的電流限值。Keithley 連接到圖 3 中的節(jié)點(diǎn) A 用于脈沖模式周期。DS2770以電流限值對(duì)電池充電，直至達(dá)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(shí)終止脈沖+ 噸關(guān)閉= 14s （典型值），占空比為 6.25%。詳細(xì)規(guī)格請(qǐng)參考DS2770數(shù)據(jù)資料。

對(duì)于線(xiàn)性充電周期，吉時(shí)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(diǎn)B進(jìn)行線(xiàn)性周期，從而繞過(guò)DS2770的脈沖充電器。DS2770用于測(cè)量恒流階段的電池電壓和恒壓區(qū)時(shí)的電流。當(dāng)電池電壓測(cè)量達(dá)到4.2V時(shí)，吉時(shí)利保持節(jié)點(diǎn)B的恒定4.2V.當(dāng)DS2770測(cè)得的電池電流降至50mA（節(jié)點(diǎn)B為恒定4.2V）時(shí)，充電終止，電池被認(rèn)為已完全充電。

第二臺(tái)吉時(shí)利 2304 用于模擬放電循環(huán)的負(fù)載。所有放電循環(huán)均在25°C下完成，并且具有相同的曲線(xiàn)，無(wú)論用于電池充電的模式如何。負(fù)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(fù)載降至50mA，當(dāng)電池電壓在3mA負(fù)載下降至4.50V時(shí)，電池被認(rèn)為已完全放電。DS2770的累積電流寄存器（ACR）在放電周期開(kāi)始和結(jié)束之間的差值記錄為每個(gè)給定充電周期電池的可用容量。

充電時(shí)間和可用容量在整個(gè)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(xiàn)性充電器的充電時(shí)間隨溫度變化。由于電池容量在最初的幾個(gè)充電/放電周期中可能會(huì)有很大變化，因此在進(jìn)行任何測(cè)量之前，該電池通過(guò)循環(huán)10次來(lái)“闖入”。

實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)DS2770脈沖充電器在40°C下對(duì)完全放電的電池進(jìn)行充電。 記錄充電開(kāi)始和結(jié)束之間的時(shí)間（使用 PC 時(shí)鐘）持續(xù)時(shí)間。然后將腔室返回到25°C，并使用前面描述的輪廓和“空”標(biāo)準(zhǔn)將電池完全放電。從放電開(kāi)始到結(jié)束的ACR差異記錄為該溫度下電池在該充電曲線(xiàn)下的可用容量。然后使用線(xiàn)性曲線(xiàn)在40°C下對(duì)電池充電，再次記錄充電時(shí)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(guò)程，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2.脈沖和線(xiàn)性充電器在充電溫度范圍內(nèi)的充電時(shí)間。

圖3.脈沖和線(xiàn)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?fù)涞目捎萌萘繋缀跸嗤}沖充電器在高溫下略好，而線(xiàn)性充電器則相反。然而，充電時(shí)間的差異相當(dāng)顯著。在低溫下，恒壓浮充的充電時(shí)間比脈沖模式浮充時(shí)長(zhǎng) 37%。在 40°C 時(shí)，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(shí)間較短，但電池充電的可用容量與線(xiàn)性充電器幾乎相同。

線(xiàn)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(shí)間的加快，下一個(gè)要解決的測(cè)量是電池相對(duì)于線(xiàn)性模式充電的老化效應(yīng)。兩個(gè)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(xiàn)性曲線(xiàn)下進(jìn)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(xiàn)與充電時(shí)間實(shí)驗(yàn)描述的相同。電池老化基于可用容量的減少，通過(guò)每個(gè)放電周期前后的DS2770 ACR差異來(lái)衡量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以首次放電時(shí)可用容量的百分比表示，如圖4所示。

圖4.線(xiàn)性和脈沖充電器的電池老化。

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

結(jié)論

線(xiàn)性和脈沖模式Li+充電器都具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括簡(jiǎn)單、低成本、小尺寸和少量外部元件。線(xiàn)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(jì)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(gè)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(xiàn)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)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(jiǎn)歷.使用DS2770電池監(jiān)測(cè)器和充電控制器，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)演示。脈沖充電器在 16°C 下為電池充電的速度比線(xiàn)性充電器快 25%，可用容量和 b.）在4°C下進(jìn)行6次充電/放電循環(huán)后，脈沖充電器實(shí)際上比線(xiàn)性充電器的電池老化小500.25%。

審核編輯：郭婷