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锂电充电恒压过程的理解

锂电充电恒压过程的理解
大家知道,标准的锂电池充电需要一个恒流恒压的过程.图1是一个锂电池充电电路的简图,图中使用电阻R作为恒流取样电阻、PNP型三极管T作为调整管,实现恒流恒压控制.恒流过程比较容易理解,但恒压过程就比较难于理解了.
    这里先说一个对恒压过程的误解.有人认为,恒压过程中充电电流不断减少是由锂电池本身的充电特性决定的,这是错误的.由图1可以看出,当电池充满后,VA=4.2V, Vcc设为5V,Vcc与VA有0.8V的电压差,如果调整管T不作任何调整,则流过VCC与VA的电流不会减少,由此可见,恒压过程中的充电电流不断减少是有调整管T实现的,而不是由电池决定的.
    为什么锂电充电的最后阶段需要一个恒压过程呢?我个人认为,主要是为了减少电池内阻Z的影响(见图2).一个理想的充电器,应该是使锂电池充满后电压尽可能的接近电池的终止电压(4.2V).如图2所示,如果在充电的最后阶段,充电电流如果不减小还是比较大时,在Z上的压降比较大, 所以实际上VA与VB之间有比较大的电压差,当控制电路检测到VA的电压达到4.2V时,实际电池上的电压还没有达到4.2V,还没有充满.但是如果在VA靠近4.2V时逐渐减少充电电流,则在Z上面的压降会逐渐减少,当VA趋于4.2V时,充电电流减少到0.01C以下,就可以使Z的影响减少到可以接受的范围,此时电池上的电压VB也非常接近最终的充电终止电压4.2V.
    从以上的分析可知,越是靠近4.2V时开始较小充电电流,则总的充电时间越短.所以恒压过程的ΔI/ΔV越大则电池充满的时间越短,但ΔI/ΔV越大对恒压控制部分的精度要求越高.最好的情况是断开充电电流检测电池电压,当VA不足4.2V时以适当的大电流脉冲给电池补电.
以上是我对锂电充电恒压过程的个人理解,由于我接触锂电充电的时间不长(约1个月),所以分析得可能有不对的地方,各位如果有不同意见,欢迎讨论.
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major
LV.4
2
2003-12-19 16:08
很对.补充两点
1. Z不能单纯理解为电池内阻,还包括电池保护电路的阻抗和充电器输出线缆的电阻.

2. 脉冲充电过程中,无电流充电测量电压最准确.不过有一个问题.电池接近充饱时,脉冲充电会使电芯电压不断超过4.2V,然后回落.长期积累会减少寿命.

到底是脉冲充电好还是CCCV好,现在没有定论,所以市场上就存在两类充电器.
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马赛克
LV.7
3
2004-04-04 18:57
还是不太明白你的意思
如果以先恒流充电,到电压后转为电压钳位,也就是恒压控制,那么充电电流会慢慢衰减下来,最终判断是否充满就是看电流下降到了多少.只看是否充到了电压是不行的.
所以要加入对结束充电的电流控制才能真正充满电.
从原理上来说锂电池是不能承受过充电的,所谓脉冲充电也应该保证每个脉冲中电压不超过才行,否则一样会影响电池的寿命.
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xing_xf
LV.7
4
2004-04-05 20:38
@马赛克
还是不太明白你的意思如果以先恒流充电,到电压后转为电压钳位,也就是恒压控制,那么充电电流会慢慢衰减下来,最终判断是否充满就是看电流下降到了多少.只看是否充到了电压是不行的.所以要加入对结束充电的电流控制才能真正充满电.从原理上来说锂电池是不能承受过充电的,所谓脉冲充电也应该保证每个脉冲中电压不超过才行,否则一样会影响电池的寿命.
上面的兄弟说得对
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就索那浮云
LV.3
5
2004-04-06 15:18
@马赛克
还是不太明白你的意思如果以先恒流充电,到电压后转为电压钳位,也就是恒压控制,那么充电电流会慢慢衰减下来,最终判断是否充满就是看电流下降到了多少.只看是否充到了电压是不行的.所以要加入对结束充电的电流控制才能真正充满电.从原理上来说锂电池是不能承受过充电的,所谓脉冲充电也应该保证每个脉冲中电压不超过才行,否则一样会影响电池的寿命.
有道理
不过有个问题.
你所说的恒压控制之后看电流下降.
这个过程是是为了避免内阻(或其他阻抗)对充电的影响吗??还是锂电池内部的电化学特性决定的??
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马赛克
LV.7
6
2004-04-28 17:04
@就索那浮云
有道理不过有个问题.你所说的恒压控制之后看电流下降.这个过程是是为了避免内阻(或其他阻抗)对充电的影响吗??还是锂电池内部的电化学特性决定的??
应该说主要是电池的内特性决定的
电池的阻抗跟内部的电化学反应密切相关,想透彻理解充放电过程恐怕必须去学习一下电化学的一些基础理论.
我的意思就是单纯靠电气方面的模型不能彻底说明问题,电池并不等效于一个有显著内阻的电容器.
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不菜
LV.4
7
2004-04-29 09:43
huanghao兄你好:看了你的贴子,感觉你对锂电充电中恒流恒压的理解好像有点问题.
   首先,我认为,“恒压过程中充电电流不断减小是由锂电池本身的充电特性决定的.这种说法不是错误的,你说这是一种误解,是因为你忽略了一点,你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,
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dmag
LV.4
8
2004-04-30 15:07
@major
很对.补充两点1.Z不能单纯理解为电池内阻,还包括电池保护电路的阻抗和充电器输出线缆的电阻.2.脉冲充电过程中,无电流充电测量电压最准确.不过有一个问题.电池接近充饱时,脉冲充电会使电芯电压不断超过4.2V,然后回落.长期积累会减少寿命.到底是脉冲充电好还是CCCV好,现在没有定论,所以市场上就存在两类充电器.
哩电充饱电压下降是它的一个特性啊
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dmag
LV.4
9
2004-04-30 15:11
@马赛克
还是不太明白你的意思如果以先恒流充电,到电压后转为电压钳位,也就是恒压控制,那么充电电流会慢慢衰减下来,最终判断是否充满就是看电流下降到了多少.只看是否充到了电压是不行的.所以要加入对结束充电的电流控制才能真正充满电.从原理上来说锂电池是不能承受过充电的,所谓脉冲充电也应该保证每个脉冲中电压不超过才行,否则一样会影响电池的寿命.
我赞成因为锂电在充电20分钟左右电压就回升到4.2V
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马赛克
LV.7
10
2004-04-30 15:23
@dmag
我赞成因为锂电在充电20分钟左右电压就回升到4.2V
什么意思
CCCV可是要充它一阵子呀
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老菜
LV.5
11
2004-05-07 00:49
复杂的事情需要简单的去做.

电池如果有保护板,就无需我们操心,给个大致合适的电源就行,保护板自
  动会搞定.

应该讨论没有保护板的充电,
充电时电池都会有极化反应,但如果不研究快速充电,这方面没必要深究,
反正搞快充的至今也还没出完美的方案.

那么只有一个要点,就是端电压.只要精确控制端电压在4.1或4.2伏就可以,   至于维持多长时间?随意.不是每次都非得把那么一点点都充满吧.

回路中串个小电阻,限止起始电流不过大,是保护充电机还是电池呢?,反正弱者优先.

对充电机的负载特性也可以马马虎虎.不必深究.反正充电真正结束时,电流也几乎没了.内阻也无意义了,负载没了,特性也无所谓了,只剩电压,所以,

集中注意力,看好电压!
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dmag
LV.4
12
2004-05-07 19:27
@马赛克
什么意思CCCV可是要充它一阵子呀
锂电的充电特性啊.我们公司做手机充电器都是检查电流的啊,你做过充电实验吗?
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很有收获
LV.1
13
2004-06-25 18:06
@老菜
复杂的事情需要简单的去做.电池如果有保护板,就无需我们操心,给个大致合适的电源就行,保护板自  动会搞定.应该讨论没有保护板的充电,充电时电池都会有极化反应,但如果不研究快速充电,这方面没必要深究,反正搞快充的至今也还没出完美的方案.那么只有一个要点,就是端电压.只要精确控制端电压在4.1或4.2伏就可以,  至于维持多长时间?随意.不是每次都非得把那么一点点都充满吧.回路中串个小电阻,限止起始电流不过大,是保护充电机还是电池呢?,反正弱者优先.对充电机的负载特性也可以马马虎虎.不必深究.反正充电真正结束时,电流也几乎没了.内阻也无意义了,负载没了,特性也无所谓了,只剩电压,所以,集中注意力,看好电压!
同意!
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LV.1
14
2004-06-26 10:00
@老菜
复杂的事情需要简单的去做.电池如果有保护板,就无需我们操心,给个大致合适的电源就行,保护板自  动会搞定.应该讨论没有保护板的充电,充电时电池都会有极化反应,但如果不研究快速充电,这方面没必要深究,反正搞快充的至今也还没出完美的方案.那么只有一个要点,就是端电压.只要精确控制端电压在4.1或4.2伏就可以,  至于维持多长时间?随意.不是每次都非得把那么一点点都充满吧.回路中串个小电阻,限止起始电流不过大,是保护充电机还是电池呢?,反正弱者优先.对充电机的负载特性也可以马马虎虎.不必深究.反正充电真正结束时,电流也几乎没了.内阻也无意义了,负载没了,特性也无所谓了,只剩电压,所以,集中注意力,看好电压!
电压是关键!
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lijin
LV.2
15
2004-07-20 12:04
@
电压是关键!
想问一下上面的各位高手.电池内阻的大小对电池的整体性能有那些影响?
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tomchen
LV.3
16
2004-07-20 12:39
@lijin
想问一下上面的各位高手.电池内阻的大小对电池的整体性能有那些影响?
影响最大的是手机的通话时间(也就是说大电流放电),因为内阻过大,在大电流放电时消耗在电池内阻上的功率增加,真正手机可使用的功率自然就少了.
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goodluck1468
LV.4
17
2004-07-20 12:42
@tomchen
影响最大的是手机的通话时间(也就是说大电流放电),因为内阻过大,在大电流放电时消耗在电池内阻上的功率增加,真正手机可使用的功率自然就少了.
平台低
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holy
LV.7
18
2004-11-08 11:09
@不菜
huanghao兄你好:看了你的贴子,感觉你对锂电充电中恒流恒压的理解好像有点问题.  首先,我认为,“恒压过程中充电电流不断减小是由锂电池本身的充电特性决定的.这种说法不是错误的,你说这是一种误解,是因为你忽略了一点,你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,
你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,


轻轻的说:
如果我的供电是6V,或者7V呢?
我想该不是‘调整管所固有的特性造成的’吧!
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hwh1104
LV.1
19
2004-11-10 10:08
@holy
你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,轻轻的说:如果我的供电是6V,或者7V呢?我想该不是‘调整管所固有的特性造成的’吧!
赞同,充电器等同为一个限流的精密4.2V稳压电源,输出小于4.2V时,则输出电流为最大限流电流,输出达到4.2V时,输出电流取决于负载(电池).
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jeetli
LV.3
20
2004-11-11 08:32
@goodluck1468
平台低
看了大家對電池充電的看法,我本想說幾句,還是不說了,講個真實的事吧:前兩天我陪同事去買手機,買好了老闆千叮嚀萬叮嚀“手機前3次充電一定要充12個小時以上.而且我後來問了幾家手機店,有的還建義充24小時再用.小女孩買了手機不能打電話,整整一天都在看它充電,到晚上才知道餓了,出去吃晚飯,回來手機就丟了,哭的好傷心呀!賣手機真誤人子弟.鋰電池的手機要充12到24小嗎???記得我99年用第一款手機6150的時候就已是鋰電了,想不到國人多年以後對鋰電的認識還是如此.悲哀呀!
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holy
LV.7
21
2004-11-19 12:49
@jeetli
看了大家對電池充電的看法,我本想說幾句,還是不說了,講個真實的事吧:前兩天我陪同事去買手機,買好了老闆千叮嚀萬叮嚀“手機前3次充電一定要充12個小時以上.而且我後來問了幾家手機店,有的還建義充24小時再用.小女孩買了手機不能打電話,整整一天都在看它充電,到晚上才知道餓了,出去吃晚飯,回來手機就丟了,哭的好傷心呀!賣手機真誤人子弟.鋰電池的手機要充12到24小嗎???記得我99年用第一款手機6150的時候就已是鋰電了,想不到國人多年以後對鋰電的認識還是如此.悲哀呀!
哈哈!

你的故事有点意思!
不过我想用的人就不必拘礼于此了.
不就是电池的容量低点么,一次少用几个小时不就得了.
可你能对客户那么讲么,不是么?!
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kugua
LV.2
22
2005-02-02 15:26
我个人觉得huanghao说得对,我现在就是这样的现象,当我的充电时,电池电压达到4.2v 了,充电路路关断.但是事实上电压根本没有达到4.2v而是4.14v,离4.2v差得远所以我的电池一直没有充满过,有没有哥们知道哪个不用IC的分立件锂电充电电路,让我也做一个试试,
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nothing
LV.2
23
2005-02-04 13:04
@kugua
我个人觉得huanghao说得对,我现在就是这样的现象,当我的充电时,电池电压达到4.2v了,充电路路关断.但是事实上电压根本没有达到4.2v而是4.14v,离4.2v差得远所以我的电池一直没有充满过,有没有哥们知道哪个不用IC的分立件锂电充电电路,让我也做一个试试,
我个人认为这和你用的充电管理IC有关系的,一般现在的充电器的电压精度都是1%的,也就是你的充电电池电压在4.158v和4.242v左右,一般会低于4.2v.如果你用精度比较高的充电IC,可能效果会好一点.MICROCHIP的电池充电芯片,据说是0.5%的精度,大家可以试一试.型号是MCP73861/2,MCP73841/2/3/4.具体的datasheet可以在他们的网站下载!
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nothing
LV.2
24
2005-02-04 13:19
@不菜
huanghao兄你好:看了你的贴子,感觉你对锂电充电中恒流恒压的理解好像有点问题.  首先,我认为,“恒压过程中充电电流不断减小是由锂电池本身的充电特性决定的.这种说法不是错误的,你说这是一种误解,是因为你忽略了一点,你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,
现在一般单节电池,考虑到成本,以及外围电路的设计,基本均采用线形充电器,就是控制IC的晶体管或MOSFET 处于线形状态,而不是饱和状态(开关状态),所以Vin=Vdropout+Vbat,Vdropout=Icharge*R. 一般Vdropout电压至少在几百个毫伏左右.所以最小的输入电压一般都大于4.5v.
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willzhang
LV.4
25
2005-02-05 12:58
@nothing
我个人认为这和你用的充电管理IC有关系的,一般现在的充电器的电压精度都是1%的,也就是你的充电电池电压在4.158v和4.242v左右,一般会低于4.2v.如果你用精度比较高的充电IC,可能效果会好一点.MICROCHIP的电池充电芯片,据说是0.5%的精度,大家可以试一试.型号是MCP73861/2,MCP73841/2/3/4.具体的datasheet可以在他们的网站下载!
确实,终止充电电压的精度非常重要,0.1V的误差会导致15%~30%的误差.我所知道现在工业界TI的bq24010, Microchip的MCP3841是0.5%.不过Microchip的外置MOSFET还要外加肖特基二极管,成本上有压力,也不能用低电压adapter,效率上要逊色于bq24010.
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achw
LV.2
26
2005-09-02 16:05
@willzhang
确实,终止充电电压的精度非常重要,0.1V的误差会导致15%~30%的误差.我所知道现在工业界TI的bq24010,Microchip的MCP3841是0.5%.不过Microchip的外置MOSFET还要外加肖特基二极管,成本上有压力,也不能用低电压adapter,效率上要逊色于bq24010.
请教各位一下:我做单节锂电充电试验过程中,出现了当恒压过程中,电流降到一定程度,会出现电流落到一个较小的值,然后又回升的现象,想请教一下是什么原因.我不是很懂,请大家不吝赐教!
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noley
LV.1
27
2005-09-03 20:39
我们这里是作动力电池的,据我从化成了解,CC充电时只能冲大约70-80%的能量,剩余的都是在CV模式下冲上来的.
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qiuyy
LV.6
28
2005-09-03 23:17
楼主的看法有点片面.事实上如果写过锂电池充电程序的都有如下的经验:所谓恒流充电就是使用高电压通过过调节PWM的占空比或者三极管的通导电流来控制恒定的电流的,它只看电池端的电流,而不管电压;而恒压充电只管电池端的电压不管充电电流.应该来说恒流和恒压的转折点是可以人为确定的.一般来讲为了提高充电的效率,人们喜欢把电池充到4-4.1V后立即转入恒压充电．使用恒压充电最终能把电池充满．原因在于如果在电池在4-4.1V还使用恒流充电的话,恒流的电流值是完全可以达到,但是你用万用表量一下电池两端的电压,会高得吓死人,肯定会发生危险或者PACK里的MOSFET会保护;当单颗锂电池的电压很低的时候,去充电的时候必须恒流充,如果恒压充的话,则电流就可以向无穷大方向增大.
你们所讲的只是对一个模拟电路的原理分析,你的电路的恒流恒压点的转化过程是不确定的．
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蓝黑
LV.9
29
2005-09-04 17:26
你这种方式充电.充满了可以关断吗?
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yfj8111
LV.2
30
2005-11-23 21:36
@蓝黑
你这种方式充电.充满了可以关断吗?
应该可以
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haifa618
LV.1
31
2006-03-15 15:00
@不菜
huanghao兄你好:看了你的贴子,感觉你对锂电充电中恒流恒压的理解好像有点问题.  首先,我认为,“恒压过程中充电电流不断减小是由锂电池本身的充电特性决定的.这种说法不是错误的,你说这是一种误解,是因为你忽略了一点,你的贴子中的Vcc与VA之间0.8V的压差,这个压差是调整管所固有的特性造成的.如果没有这0.8V的压差,Vcc就应设为4.2V,我们所说得恒压是指VA点的电压要恒定在4.2V,
4.2V的恒压是由电路内部的反馈环路设定的,而不是有功率管的特性,比如BJT的饱和VCE为0.3V,那么应该是(5-0.3＝4.7而不是4.2了,MOS管做的功率管可以更低的电压降,也就是VA接近5V).在恒压阶段,充电器提供给电池的电流不断减小,以维持电池电压的恒定,其实此时的电池电压不断接近4.2V,而不是真正的4.2V,当充电电流减小到恒流充电的0.1C时,电池电压最接近4.2V,电路中的比较器翻转控制信号关断充电状态.
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