鋰電池充電器測試小方案

　　圖2電路模擬的是單節(jié)鋰離子電池。充電器CC階段的終止充電電壓和快速充電電流由充電器設(shè)置決定。仿真器初始化時，可設(shè)置完全放電條件下內(nèi)部電池電壓為3V，但該電壓可以提升到4.3V，以測試過充電情況。3V初始值通常用于低電池電壓關(guān)斷電路(用來終止鋰離子電池放電過程)。這種設(shè)計專門針對終止充電壓為4.2V的標準CC-CV鋰離子電池充電器。該設(shè)計調(diào)整起來很容易，能夠適應(yīng)非標準終止電壓和完全放電電壓的測試。測試時充電器用高達3A的充電電流驅(qū)動仿真電路，受功率晶體管功耗的限制。圖2電路模擬了電池電壓增加的情況，電池電壓是從仿真電路設(shè)置為完全放電狀態(tài)開始，電路充電電流的函數(shù)。

　　根據(jù)圖中給出的參數(shù)值，充電電流為1A時，積分時間常數(shù)使模擬電路在6至7秒內(nèi)達到充電器的4.2V限制。對電流范圍、內(nèi)阻、充電終止電壓和完全放電電壓的模擬是在鋰離子電池(本例中指Sony US18650G3)典型參數(shù)的基礎(chǔ)上完成的。所仿真的電池電壓沒有考慮環(huán)境溫度的影響。

　　圖2 單節(jié)Li+電池充電情況的仿真電路，該電路可以在不使用實際電池的情況下測試Li+電池充電器

　　并聯(lián)穩(wěn)壓器設(shè)計采用MAX8515并聯(lián)穩(wěn)壓器和一對雙極型功率晶體管(選擇該穩(wěn)壓器時考慮了其內(nèi)部基準電壓的精度)，大電流TIP35晶體管安裝在能夠耗散25W熱量的散熱器上。

　　MAX4163雙運放的其中一個放大器用來對充電電流積分，另一個放大器對電流測量信號進行放大和偏置。該運算放大器具有較高的電源抑制比，并可支持滿擺幅輸入/輸出范圍，簡化了兩種功能電路的設(shè)計。注意，與電池仿真器正端串聯(lián)的0.100Ω電流檢測電阻同時也作為電池內(nèi)阻。

　　在具有自動測試-數(shù)據(jù)采集功能的系統(tǒng)內(nèi)工作時，可用外部信號將仿真電池復(fù)位到完全放電狀態(tài)。另外，手動操作測試設(shè)置時，可用按鍵復(fù)位。

　　利用單刀單擲開關(guān)可以選擇仿真電池的兩種工作模式。擲向A端時，實現(xiàn)積分充電仿真器，如上所述。擲向B端時，仿真器將設(shè)定在某一固定的直流工作點對充電器進行現(xiàn)場測試時的輸出電壓和吸電流。為實現(xiàn)這一功能，“設(shè)置”電壓可通過改變50kΩ可變電阻，在2.75V至5.75V之間手動調(diào)整。這些設(shè)置電壓值與內(nèi)部吸入電流有關(guān)。仿真器端實測電壓(VBATT)等于設(shè)定電壓加上吸電流流經(jīng)仿真電池內(nèi)阻(0.100Ω電阻)產(chǎn)生的壓降。仿真電路工作時的電源取自電池充電器輸出。

　　仿真電路的性能

　　圖3為模擬鋰離子電池充電至4.2V時獲得的典型V-I波形。從圖中可以看出兩個測試過程：一個是以1A初始快充電流充電(曲線B和D)，另一個是以2A快充電流充電(曲線A和C)。這兩種情況下，首先進入CC階段充電，直到電池電壓達到終止電壓4.2V。在此之后，電流呈指數(shù)衰減，而仿真電池的電壓保持不變。充電電流為2A時到達終止電壓所需的時間更短，與預(yù)期設(shè)計相同。然而，請注意，電流加倍不會使充電時間減半，只會使到達CV模式的時間減半，與真實電池負載的測試情況一樣。

　　圖4為兩個不同設(shè)置電壓：3V和4.1V時的吸電流V-I曲線。兩個曲線的動態(tài)電阻(用斜率表示)僅僅是由0.100Ω電阻模擬的電池內(nèi)阻。

　　圖3 根據(jù)圖2電池仿真電路繪制出的圖形，快速充電波形表明兩種條件下電池充電器的工作情況，分別是：CC階段提供1A (曲線B和D)和2A (曲線A和C)充電電流

　　圖4 圖2電路在電壓為4.1V (上部曲線)和3V (下部曲線)時的吸入電流，兩種情況下斜率均代表0.1Ω內(nèi)阻

　　結(jié)語

　　由于鋰離子電池充電過程需要一小時或更長時間，利用實際負載測試鋰電池充電器將非常耗時，而且往往不切實際。為了加快電池充電器測試，本文介紹了一個簡單電路，用來模擬鋰離子電池。該電路提供了一個不使用實際電池對鋰電池充電器進行測試的有效手段。