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用变压器将220V改变成12V,经过整流能给12V的锂电池充电吗?

钜大LARGE  |  点击量:1190次  |  2021年03月02日  

绝对不可以!


锂电池由于其能量密度大,化学性质比较特殊等原因,出于安全和寿命的考虑,必须使用电源管理芯片,也就是充电芯片(chargerIC)。


另外充电芯片可以最大程度优化充电曲线,再配合软件的算法,可以在快充的条件下保证电池的使用寿命,同时大大提高了充电过程的安全性。下面我们先来看一款常用的充电芯片。


电源管理


这是TI(德州仪器)的一款充电IC,主要用于给消费电子产品的锂电池充电,红色部分即是锂电池包(有的内部装有温度传感器)。


芯片通过OUT引脚给电池包供电,同时也是整个系统的主电源,其ISET引脚可以设定充电电流的最大值,以防电流超出电池包所能承受的最大值。我们继续来看下充电IC的内部结构。


充电芯片


这样就比较清楚了,红色标记部分对于锂电池充电过程起到了关键作用,通过OUT端,它能实时检测出电池包的电压值,再加上对充电电流的计算,即可得出电池包此时的电量(相当于电量计)。当确定了电池包当前的状态,即可根据修正后的电量计模型来决定选用哪种充电模式。


充电曲线


那什么是充电模式呢?这里先简单地科普下,我们喜欢玩数码的朋友应该经常听说手机快充吧(什么充电五分钟,通话两小时之类的术语……)。


快充一般指的是3C充电模式,比如一块锂电池的容量是580mAh,当充电电流的大小为电池容量值的3倍时(3*580),即3C充电,约1.7A的充电电流。了解清楚什么是快充,接下来就是常见的锂电池充电模式了。


这是一条充电曲线,从左往右看(虚线是电压,实线是电流),电池刚开始充电的时候,充电电流很小,相当于给电池“预热”,可以延长电池寿命,这个阶段称为“涓流充电”,也就是预充电。


当电池准备好了以后,就可以开始大电流(3C)充电了,这个阶段称为“恒流充电”,而如果此时芯片检测到电池包的温度过高,充电电流会降为2C或者1.5C等,当温度降下去,再恢复3C充电,如此往复循环。


如果电池包电压达到了某个拐点(通常由芯片决定),比如说12V的电池,假设它的拐点是9V,就是说当电池包的电压达到9V左右的时候,充电芯片会进入到下一个阶段,即“恒压充电”,此时充电电压值变化很小,电流值却下降很快。


这个原理很简单,打个比方,我们用一个水桶来装水,刚开始水龙头不要开太大(涓流),因为空的水桶水花会溅起来,当桶底有一定的水位,就可以把水龙头开到最大(恒流),以最快速度注水。


最后,水桶里的水快要满了,为了不让水泼洒出来,我们是不是要将水龙头调小?水流就好比电流,这就是“恒压充电”了。


电池模型


充电的最后一步“截止”也非常重要,每种充电芯片都有默认的截止电压(有的是通过软件调整)。我们如何来判断什么时候应该截止充电呢?这又要科普一个新概念:电池模型。


因为由充电芯片或者电量计计算出来的充电量,与电池实际的充电量是存在偏差的。我们计算出来的电量值只是一个理想状态的值,还需要结合电池厂家提供的电池模型,以此来综合判断电池的电量值。


如果计算值与实际值偏差过大,则需要根据电池模型来修正电量计模型,把计算值无限逼近实际值。


而厂家给出的电池模型,是根据复杂的验证测试得出的,比如电池的高温和低温测试,高海拔测试,温度瞬间变化等测试,用以验证电池在不同环境下的容量变化,最后才得出这个精确的电池模型。


依据这个模型,我们可以预估电池目前的电量值,以及何时能充满,“截止”点就可以计算出来了。


因此回到上面你的提问,即使你通过完美的BUCK得到一个稳定的直流12V电源,但是没有电源管理芯片,没有严格的软件算法,又如何能保证电池在什么状态下用什么模式来充电呢?


更进一步来说,你连电池有没有完全充满电(100%)都无法确定,因为最后的1%的电量往往需要很长时间。


另外从充电安全的角度来看,无法实时监控电池包内部的温度,无疑是增加了安全隐患!


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