可充电电池技术和充电方法

　　锂离子和锂聚合物电池充电
　　其实，镍基电池的充电器是限流型的，而锂离子电池充电器是限制电压和电流。第1代锂离子电池充电电压限制在4.10V/电池。较高的电压意味着较大的容量，通过增加化学添加剂实现了4.20V电池电压。现代锂离子电池一般充电到4.20V(容差±0.05V/电池)。
　　在充电端电压达到电压阀值和充电电流降到0.03C(接近于3%Ich，见图6)之后达到满充电。大多数充电器达到满充电的时间大约为3小时，而一些线性充电器声称大约一小时充电Li+电池。这种充电器通常在电池端电压达到4.2V时终止充电。然而，这种规定只充电电池到其容量的70%。
　　较大的充电电流不能使充电时间缩短太多。较大的充电电流能较快地达到电压峰值，但浮充需较长时间。凭经验，浮充是初始充电时间的两倍。
　　锂离子电池安全措施
　　因为过充电(或过放电)锂离子电池可能会导致电池爆炸和人员伤害，所以，在使用这类电池时，安全是主要关心的问题。因此，商用锂离子电池组，包含象DS2720这样的保护电路(图7)，DS2720提供可充电Li+电池应用所需的所有电池保护功能：充电期间保护电池，防止超量电流流过的保护电路和限制电池耗尽，电平使电池寿命最长。
　　DS2720IC用外部开关器件(如低成本N沟道功率MOSFET)控制充电和放电电流的路径。IC内部9V电荷泵为外部n沟道MOSFET提供高端驱动，这比通用的低端保护电路中相同功能的FET提供更低的导通电阻。FET导通电阻随电池放电而减少(见图8)

　　图5  涓流充电(主要用在应急灯、导向灯、存储器、备用设备中)

　　图6  恒流，恒压充电(用于蜂窝电话、无线设备和笔记本PC)
　　DS2720可从数据接口或专用输入控制外部FET，因此，消除了可充电Li+电池系统中额外的功率开关控制。通过其1-Wire接口，DS2720提供主系统对状态和控制寄存器、仪表寄存器通用数据存储的读/写存取。工厂编程的64位唯一地址允许主系统单独寻址每个器件。
　　DS2720为电池信息存储，EEPROM和锁定表EEPROM提供两种用户存储器。EEPROM是真正的非易失性(NV)存储器，其内容(重要的电池数据)保持不受严重的电池消耗，突然短路或ESD冲击的影响。当锁定时，锁定表EEPROM变成只读存储器(ROM)，它们为保持电池数据提供额的安全措施。
　　保护模式
　　过压：若在VDD检测的电池电压超过过压阀值Vov的时间大于过压延迟TOVD，则DS2720关闭外部充电FET，并在保护寄存器中置OV标志。在过压期间，放电通路保持开路，当电池电压降到充电使能阀值电压VCE以下或放电导致VDD-VPLS>VOC时，充电FET被重新使能(除非被另外保护条件闭锁)。
　　欠压：若在VDD检测的电池电压低于欠压阀值VUV的时间大于欠压延迟TUVD，则DS2720关闭充电和放电FET，并置保护寄存器UV标志，使其进入休眠模式。在电池电压升到VUV以上和充电器连接之后，IC接通充电和放电FET。
　　短路：在TSCD周期，若在VDD检测的电池电压低于消耗阀值电压VSC，则DS2720关闭充电和放电FET，并置保护寄存器的的DOC标志。经过充电和放电FET的电流通路不会重新建立直到PLS上的电压升到大于VDD-VOC为止。DS2720提供流经内部电阻RTST(从VDD到PLS，当VDD升到大于VSC时，上拉PLS)的测试电流。此测试电流可使DS2720能检测低阻抗负载的偏移。另外，通过从PLS到VDD的RTST可恢复充电通路。
　　过流：若加在保护FET的电压(VDD-VPLS)大于VOC的时间超过了TOCD，则DS2720关断外部充电和放电TET，并置位保护寄存器DOC标志。电流通路不会重新建立直到PLS上的电压升到大于VDD-VOC为止。DS2720通过内部电阻TRST(从VDD到PLS)提供测试电流来检测不合格的低阻抗负载的偏移。
　　过温：若DS2720温度超过TMAX，则立即关断外部充电和放电FET。FET不会导通直到如下两个条件满足为止：电池温度降到低于TMAX，主机复位OT位。
　　充电温度
　　应尽量在室温下充电。镍基电池应在10℃~30℃之间快速充电。低于5℃(41oF)和高于45℃(113oF)，镍基电池的充电接收度急剧降低。锂离子电池在整个温度范围内呈现良好的充电性能，但低于5℃(41oF)，充电率小于1C。
　　结语
　　NiMH充电器可适应NiCd电池，但反之不行。专用于NiCd电池的充电器将会过充电NiMH电池。快速充电可增强镍基电池的寿命和性能，这是因为快速充电降低了内部结晶所引起的记忆效应。镍和锂基电池要求不同的充电算法。Li+电池需要保护电路来监控和保护过流，短路，过压和欠压以及过温。
　　注意：在电池不经常用是时，从充电器取下电池，在使用前对电池充满电。 

　　图7  DS2720锂电池保护电路

　　图8  DS2720(高端)模式控制的保护FET电阻小于传统低端模式的FET工作值。DS2720控制的FET电阻随电池电压下降。