DS2770 Li+脉冲充电器与线性充电器的充电效率和电池老化效应

电池充电可以使用多种方法完成，包括线性 （CC/CV） 充电和脉冲充电。本应用笔记比较了这些充电方法对充电效率和电池老化的影响。描述了一个实验来研究脉冲充电和线性充电对充电效率和电池老化的影响。结果表明，脉冲充电方法对电池单元的充电速度更快，并且与线性充电方法相比，电池单元老化更小。

介绍

脉冲充电拓扑具有许多与线性充电相同的理想优势，包括简单、低成本、小尺寸和少量外部元件。与线性充电器相比，它的优势在于热量在墙上适配器中消散，而不是充电器本身。然而，存在明显的缺点，这些缺点提出了这样的概念，即Li+电池的脉冲充电过早老化电池，这是由于在恒流区域和脉冲区域（非常接近其最大电压）期间使其受到相同的电流。然而，所获取的数据并不支持这一理论。本文将比较线性（CC/CV）充电器与DS2770电池监测器和脉冲充电器，重点介绍两者在充电时间、充电容量和电池老化方面的影响。

充电时间和电池老化实验

DS2770电池监测器和充电控制器具有Li+脉冲充电器，用于提供脉冲充电曲线，并用作实验的库仑计数器。库仑计数用作细胞循环时容量递减的量度。图1显示了用于实验的测试设置。

图1.线性和脉冲充电器实验的测试设置。

使用的充电源是吉时利 2304 型电源。对于脉冲模式周期，它被设置为6.0V的开路电压和750mA的电流限值。Keithley 连接到图 3 中的节点 A 用于脉冲模式周期。DS2770以电流限值对电池充电，直至达到4.2V，然后转换到脉冲相位。脉冲宽度（t脉冲） 为 875ms（典型值），充电在 t 时终止脉冲+ 吨关闭= 14s （典型值），占空比为 6.25%。详细规格请参考DS2770数据资料。

对于线性充电周期，吉时利被编程为在恒流区域以750.6V提供0mA电流。它连接到节点B进行线性周期，从而绕过DS2770的脉冲充电器。DS2770用于测量恒流阶段的电池电压和恒压区时的电流。当电池电压测量达到4.2V时，吉时利保持节点B的恒定4.2V.当DS2770测得的电池电流降至50mA（节点B为恒定4.2V）时，充电终止，电池被认为已完全充电。

第二台吉时利 2304 用于模拟放电循环的负载。所有放电循环均在25°C下完成，并且具有相同的曲线，无论用于电池充电的模式如何。负载电流设置为750mA DC，直到电池电压衰减至3.4V。然后再次降至250mA DC，直到电池电压降至3.4V。最后，将负载降至50mA，当电池电压在3mA负载下降至4.50V时，电池被认为已完全放电。DS2770的累积电流寄存器（ACR）在放电周期开始和结束之间的差值记录为每个给定充电周期电池的可用容量。

充电时间和可用容量在整个温度范围内

采用全新的1400mAh锂聚合物电池比较DS2770脉冲充电器和分立线性充电器的充电时间随温度变化。由于电池容量在最初的几个充电/放电周期中可能会有很大变化，因此在进行任何测量之前，该电池通过循环10次来“闯入”。

实验首先通过DS2770脉冲充电器在40°C下对完全放电的电池进行充电。 记录充电开始和结束之间的时间（使用 PC 时钟）持续时间。然后将腔室返回到25°C，并使用前面描述的轮廓和“空”标准将电池完全放电。从放电开始到结束的ACR差异记录为该温度下电池在该充电曲线下的可用容量。然后使用线性曲线在40°C下对电池充电，再次记录充电时间。它在25°C下放电，记录δACR。在0°C至40°C的充电循环温度范围内以5°C为增量重复该过程，结果如图2和图3所示。

图2.脉冲和线性充电器在充电温度范围内的充电时间。

图3.脉冲和线性充电器在充电温度范围内的可用电池容量。

在给定温度下，两种充电拓扑的可用容量几乎相同，脉冲充电器在高温下略好，而线性充电器则相反。然而，充电时间的差异相当显着。在低温下，恒压浮充的充电时间比脉冲模式浮充时长 37%。在 40°C 时，脉冲充电器的速度提高了 14%。这些结果表明，脉冲模式充电器将为电池充电速度明显更快，但尽管时间较短，但电池充电的可用容量与线性充电器几乎相同。

线性和脉冲充电器之间的电池老化比较

随着脉冲充电器充电时间的加快，下一个要解决的测量是电池相对于线性模式充电的老化效应。两个全新的1400mAh锂聚合物电池循环10次以打破它们。一节电池在500°C线性曲线下进行25次充电/放电循环，另一节电池由DS2770脉冲充电器充电。放电曲线与充电时间实验描述的相同。电池老化基于可用容量的减少，通过每个放电周期前后的DS2770 ACR差异来衡量。实验结果以首次放电时可用容量的百分比表示，如图4所示。

图4.线性和脉冲充电器的电池老化。

该实验表明，脉冲模式充电的老化效应实际上小于线性模式。在4°C下进行6次充电/放电循环后，使用CC/CV曲线循环的电池的可用容量比脉冲充电器低500.25%。

结论

线性和脉冲模式Li+充电器都具有许多优点，包括简单、低成本、小尺寸和少量外部元件。线性充电器在电池组中的调整元件中耗散功率，需要电池组设计人员做出调整以管理产生的热量。脉冲充电器需要一个限流充电源，但这允许功率耗散在充电源而不是电池组中。脉冲电荷曲线的一个明显缺点是电池老化，这是由于电池在V处脉冲1C充电电流的结果简历.使用DS2770电池监测器和充电控制器，进行了实验演示。脉冲充电器在 16°C 下为电池充电的速度比线性充电器快 25%，可用容量和 b.）在4°C下进行6次充电/放电循环后，脉冲充电器实际上比线性充电器的电池老化小500.25%。

审核编辑：郭婷