一、锂电池的充电原理
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锂离子电池的充电过程可以分为三个阶段:
涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电
。
锂电池的充电方式是限压恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充电方式是:先检测待充电电池的电压,如果电
压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。标准充电过程为:
以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为 4.20V。此时,充电电流逐渐下
降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。
下图为充电曲线:
下图为锂电池充电的三个阶段:
阶段1:涓流充电
涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电,涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例,则涓流充电电流为100mA)
阶段2:恒流充电
当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V.
阶段3:恒压充电
当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA。)
二、锂电池的快速充电技术 及 规范
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BC1.2规范也确定了每个端口应如何向终端设备枚举,以及识别应用
端口类型的协议。
三种USB BC1.2端口类型为SDP、DCP和CDP 。
► BC1.2的三种端口
● 标准下行端口(SDP)
这种端口的D+和D-线上具有15kΩ下拉电阻。限流值如上讨论:挂起时为2.5mA,连接时为100mA,连接并配置为较高功率时为500mA。
● 专用充电端口(DCP)
这种端口不支持任何数据传输,但能够提供1.5A以上的电流。端口的D+和D-线之间短路。这种类型的端口支持较高充电能力的墙上充电器和车载充电器,无需枚举。
● 充电下行端口(CDP)
这种端口既支持大电流充电,也支持完全兼容USB 2.0的数据传输。端口具有D+和D-通信所必需的15kΩ下拉电
阻,也具有充电器检测阶段切换的内部电路。内部电路允许便携设备将CDP与其它类型端口区分开来。
► 充电过程剖析
从物理计算公式上来说,功率(P)=电压(U)x电流(I),在电池电量一定的情况,功率标志着充电速度,我们可以通过下列三种方式来缩短充电时间。
1. 高电压恒定电流模式:
一般手机的充电过程是,先将220V电压降至5V充电器电压,5V充电器电压再降到4.2V电池电压。整个充电过程中,如果增大电压,产生热能,所以充电时,充电器会发热,手机也会发热。而且这样功耗越大,对电池损害也是越大的。
2. 低电压高电流模式:
在电压一定的情况下,增加电流,可以使用并联电路的方式进行分流,恒定电压下,进行并联分流之后每个电路所分担的压力越小,在手机中也进行同样处理的话,这个每条电路所承受的压力也就越小。
3. 高电压高电流模式:
这种方式同时增大电流与电压,这样由之前的公式P=UI, 我们可以知道的是,这种方式是增大功率最好的办法,但增大电压的同时会产生更多的热能,这样其中所消耗的能量也是越多,并且电压与电流不是无限制的随意增大。