电池快充技术解析

尽管提升电池容量可以显著增加移动设备的使用期限，然而更快的充电时间实现则带来了一系列设计困境。

 

在如今的移动设备时代，电池续航时间已成为直接影响用户体验的重要因素。虽然节能技术的引入对续航时间有所提升，但并不能完全解决问题。考虑到移动设备功能的快速增长和功率需求的提升，原始设备制造商（OEM）已经开始通过提升电池容量来增长电池使用期限。

 

在使用大电流充电时，必须确保充电和放电的安全性。当充电电池是并联的时，还需要对阻抗和初始容量的不匹配问题保持警惕。

 

了解电池充电系统的关键组件即电量计和充电器的基础知识，以及分区电量计的重要性，是实现电池快充的关键步骤。电量计可以在主机端或者电池组中进行操作，它标记了电池的充电状态（SOC）、消耗时间以及充满时间等指标。

 

电量计在电池组中的优点在于，它需要非易失性存储器来储存电池信息。Mosfet在电源路径上监控充电/放电电流，并防止危险的发生。

 

充电器前面的降压转换器可以调节其输出电压，从而适应高压电源和大电流充电。这也最小化了电压降，从而减料充电Mosfet的功耗。

电池组中电量计的安装使电池智能化，实现了先进的充电模式和功能。例如，电量计可以在其非易失性存储器中储存适合电池组电池的充电配置文件。这种方式可以从主机微控制器单元（MCU）中分离出充电操作，实现了MCU只需要管理来自电池组的ALRT信号，并根据接收到的警报类型增减降压转换器的输出电压。

 

充电器对大电流的使用以实现快速充电必须由OEM保证其安全。因此，智能快速充电器必须监控电池温度、环境/室温等多个关键参数，以便在安全和延长电池寿命的基础上，减少充电电流和/或降低终止电压。

对于多个电池的并行充电，需要额外的管理。如果两个电池电压相差超过400mV，充电器必须防止交叉充电。仅在最低电池电量过低以至于无法支持系统负载的情况下，才可以在有限的时间内交叉充电。

在电池充电过程中，将更大的电流推向电池必然会产生大量的热量。如果没有适当的管理措施，电池可能会过热，甚至在最坏的情况下，可能会发生热失控反应，从而导致电池爆炸。

增加热量是充电电流增加的一个副作用，因此必须进行适当的热管理。防止电池过热的最简单的方式是减少充电电流，但这会延长电池的充电时间。这就是理想（快速充电）和现实（安全和维持电池寿命）之间的权衡。

 

另一种管理电池热量的方法是环境热休克补偿，这种方法根据周围环境温度动态调整电池充电电流。它需要支持补偿功能的充电器和能够提供实时环境温度反馈的传感器。随着环境温度的升高，充电器可以减小电池充电电流，从而减少热量的产生。这种方法可以在适当的电流调整下，保持电池在更安全的温度范围内运行。

然而，在实施这些热管理策略时，设计人员同时也必须考虑到电池的充电效率。这不仅包括电池接收到的实际能量，还包括充电电流和电池电压的动态调整，以优化充电过程并防止过度充电。

为了实现电池的快速充电，充电器需要提供大电流，而电池需要能够安全地接受这些大电流。电池瞬态回应优化（BTO）是一种处理这个挑战的方法。使用这种方法，当电池电压达到某一特定阈值时，充电器可以瞬时减小电流供给，使电压回落。然后，充电器再逐渐增加电流，直到电压再次达到这个阈值，然后再次减小电流。通过这种方式，电池充电过程中的电流供应保持在电池的安全工作范围内。

 

到目前为止，电池快充的发展还处在快速迭代时期，电池快速充电实施面临诸多挑战，这包括设计灵活的充电系统，实施有效的热量管理策略，优化充电效率，保证电池的安全工作范围等等。要实现这些目标，我们需要深入理解电池系统的工作原理，并掌握一系列的电池管理技术。