简化Li电池充电器CC-CV充电测验
锂离子(Li+)电池比其它化学类型的电池更软弱，关于违规操作具有十分小的容限。因而，锂电池充电电路比较杂乱，要求高精度电流、电压设置。假如无法满意这些精度要求，充电器或许无法将电池彻底充溢，从而下降电池寿数，或影响电池功用。
鉴于对Li+电池充电器的这些要求，对充电器规划进行彻底测验并在整个作业规模内进行分段测验十分重要。但是，选用惯例负载(即Li+电池)测验Li+电池充电器将十分耗时，并且在实验室和出产环境中也难于完结。为了简化测验进程，本文给出了一个电池仿真电路，可加速测验速度，在不带实践电池的状况下完结对锂离子电池充电器的测验。
CC-CV充电
锂离子电池充电进程的第一阶段需求中等精度的恒流(CC)充电，然后在第二阶段过渡到高精度恒压(CV)充电。
图1为用于锂离子电池充电器的CC-CV集成电路(MAX1737)的V-I特性曲线。这种类型的IC是消费类产品中一切锂离子电池充电器的中心。图中可清楚看出CC (2.6V至4.2V电池电压)和CV (4.2V)区域。
图1. MAX1737的V-I曲线是Li+电池充电器的规范特性曲线
电池低于2.6V时，需求选用不同的充电技能。假如企图对放电至2.6V以下的电池充电，充电器须供应一个较低的充电电流(“调度电流”)，将电池电压充至2.6V。这是锂离子电池过放电时一切必要采纳的安全机制。VBATT< 2.6V时强行进行快速充电，会使电池进入不行康复的短路状况。
CC向CV阶段的过渡点的临界容差为± 40mV。之所以要求如此严厉的容差，是因为假如CV过低，电池将无法彻底充溢;而CV过高，则会缩短电池的运用寿数。充电进程停止意味着检测到电池抵达满电量，充电器有必要断开或封闭。在CV阶段，当检测到充电电流降至快充电流或最大充电电流的必定份额(一般< 10%)时停止充电。
Li+电池充电器参数测验
Li+电池充电器规划一般包含两个根本部分：数字部分(操控状况机)和模仿部分，模仿部分包含带有高精度(>1%)基准、可精确操控的电流/电压源。对锂离子充电器(不只指IC)进行彻底测验是一项十分扎手且消耗时刻的作业，不只仅限于对电流或电压值进行查验。
测验时，应该在整个作业规模对充电器进行分段检测：包含CC阶段、从CC到CV的切换、充电停止等。如上所述，测验的抱负状况是选用惯例充电器的负载：即Li+电池。但是，因为充电进程需求一小时乃至更长时刻，运用锂电池进行测验十分耗时。依据详细测验条件的不同：例如大容量电池+慢速充电，小容量电池+快速充电以及其它或许组合，测验时刻也不尽相同。
此外，充电进程无法在确保不损坏电池的前提下进步充电电流，因为充电电流受电池最大充电速率(即快速充电电流)的约束。关于消费类产品常用的电池，很少规则电流大于1C (在1小时内将电池彻底放电的电流)。因而，大多数状况下完结整个充电周期所需求的时刻往往超越两小时。假如需求重复测验，则需求将电池彻底放电 — 这一进程仅仅比充电略微短一些。或许，有必要能够随时备有彻底放电的电池。
别的能够运用一个模仿的抱负负载代替实在电池进行负载测验。仿真时，应验证电路的直流响应和动态稳定性。但是，运用功率测验所用的规范负载进行电池仿真十分困难。与大多数电源测验运用的负载不同，电池不能简略地当作电阻或固定地吸入电流。如上所述，有必要在整个作业规模内进行分段测验。以下介绍的Li+充电器测验电路彻底满意这些要求。
挑选电池模型负载
咱们先评论两个有必要考虑但终究抛弃的建模办法。电池负载建模的办法之一是：运用一个具有源出(放电)和吸入(充电)电流才能的电压源与代表电池内阻的电阻串联。因为Li+电池要求精确操控停止电压和充电电流，现在一切Li+充电器实践上是稳压电源转换器。
此外，因为稳压电源变换器(充电器)的稳定性取决于负载(电池)的动态特性，因而有必要挑选一个与模型十分类似的负载。不然，测验只能验证充电器自身的V-I特性。
假如仅仅进行一次性测验，能够运用并联型稳压器与电阻串联，这足以模仿电池的内阻，并且，这一简略的电池模型彻底能够满意测验要求。这种办法的优势是由充电器自身供电。但是，更严厉的测验需求更精确的模型。该模型选用内部电压源，电压值是充电进程中供应电池的总电荷的函数。
用恒流源对电池充电时电压将不断改动，以必定的正斜率上升。这是因为放电和其它电池内部化学改动进程中，电池正极周围累积的极化离子逐步削减。因而，充电器的作业点取决于电池连接时刻的长短，以及电池的作业前史。用大多数电子实验室能够找到的通用器材构建负载，以模仿这一杂乱负载的模型很困难。
需求常常对充电电路进行测验，或有必要详细描述电路特性时，精确模仿充电进程的电池十分有用。模仿进程需求接连扫描充电器的一切直流作业点。模仿电路还要显现成果，使操作人员能够查找问题、毛病和搅扰。假如模仿电路能够供应电池电压输出和信号，这些成果能够直接作为示波器信号。测验速度能够加速(从几小时到数十秒)，并可依据需求进行屡次重复，比用实在的电池测验更便利。但是，测验速度加速后对确认充电电源的热效应晦气。因而，或许需求额定的长时刻测验，以便与充电电源和调理电路的热时刻常数相吻合。
树立电池模型负载
图2电路模仿的是单节锂离子电池。充电器CC阶段的停止充电电压和快速充电电流由充电器设置决议。仿真器初始化时，可设置彻底放电条件下内部电池电压为3V，但该电压能够提升到4.3V，以测验过充电状况。3V初始值一般用于低电池电压关断电路(用来停止锂离子电池放电进程)。这种规划专门针对停止充电压为4.2V的规范CC-CV锂离子电池充电器。该规划调整起来很简略，能够习惯非规范停止电压和彻底放电电压的测验。测验时充电器用高达3A的充电电流驱动仿真电路，受功率晶体管功耗的约束。图2电路模仿了电池电压添加的状况，电池电压是从仿真电路设置为彻底放电状况开端，电路充电电流的函数。
图2 单节Li+电池充电状况的仿真电路，该电路能够在不运用实践电池的状况下测验Li+电池充电器
依据图中给出的参数值，充电电流为1A时，积分时刻常数使模仿电路在6至7秒内抵达充电器的4.2V约束。对电流规模、内阻、充电停止电压和彻底放电电压的模仿是在锂离子电池(本例中指Sony US18650G3)典型参数的基础上完结的。所仿真的电池电压没有考虑环境温度的影响。
并联稳压器规划选用MAX8515并联稳压器和一对双极型功率晶体管(挑选该稳压器时考虑了其内部基准电压的精度)，大电流TIP35晶体管安装在能够耗散25W热量的散热器上。
MAX4163双运放的其间一个放大器用来对充电电流积分，另一个放大器对电流丈量信号进行放大和偏置。该运算放大器具有较高的电源按捺比，并可支撑满摆幅输入/输出规模，简化了两种功用电路的规划。留意，与电池仿真器正端串联的0.100Ω电流检测电阻一起也作为电池内阻。
在具有自动测验-数据收集功用的体系内作业时，可用外部信号将仿真电池复位到彻底放电状况。别的，手动操作测验设置时，可用按键复位。
运用单刀单掷开关能够挑选仿真电池的两种作业形式。掷向A端时，完结积分充电仿真器，如上所述。掷向B端时，仿真器将设定在某一固定的直流作业点对充电器进行现场测验时的输出电压和吸电流。为完结这一功用，“设置”电压可通过改动50kΩ可变电阻，在2.75V至5.75V之间手动调整。这些设置电压值与内部吸入电流有关。仿真器端实测电压(VBATT)等于设定电压加上吸电流流经仿真电池内阻(0.100Ω电阻)发生的压降。仿真电路作业时的电源取自电池充电器输出。
仿真电路的功用
图3为模仿锂离子电池充电至4.2V时取得的典型V-I波形。从图中能够看出两个测验进程：一个是以1A初始快充电流充电(曲线B和D)，另一个是以2A快充电流充电(曲线A和C)。这两种状况下，首要进入CC阶段充电，直到电池电压抵达停止电压4.2V。在此之后，电流呈指数衰减，而仿真电池的电压坚持不变。充电电流为2A时抵达停止电压所需的时刻更短，与预期规划相同。但是，请留意，电流加倍不会使充电时刻折半，只会使抵达CV形式的时刻折半，与实在电池负载的测验状况相同。
图3 依据图2电池仿真电路制作出的图形，快速充电波形标明两种条件下电池充电器的作业状况，分别是：CC阶段供应1A (曲线B和D)和2A (曲线A和C)充电电流
图4为两个不同设置电压：3V和4.1V时的吸电流V-I曲线。两个曲线的动态电阻(用斜率表明)仅仅是由0.100Ω电阻模仿的电池内阻。
图4 图2电路在电压为4.1V (上部曲线)和3V (下部曲线)时的吸入电流，两种状况下斜率均代表0.1Ω内阻
结语
因为锂离子电池充电进程需求一小时或更长时刻，运用实践负载测验锂电池充电器将十分耗时，并且往往不切实践。为了加速电池充电器测验，本文介绍了一个简略电路，用来模仿锂离子电池。该电路供应了一个不运用实践电池对锂电池充电器进行测验的有用手法。
