鋰離子(Li+)電池比其它化學(xué)類型的電池更脆弱，關(guān)于違規(guī)操作具有非常小的容限。因此，鋰離子電池充電電路比較復(fù)雜，要求高精度電流、電壓設(shè)置。假如無法滿足這些精度要求，充電器可能無法將電池完全充滿，進(jìn)而降低電池壽命，或影響電池性能。

鑒于對Li+電池充電器的這些要求，對充電器設(shè)計(jì)進(jìn)行完全測試并在整個工作范圍內(nèi)進(jìn)行分段測試非常重要。然而，采用常規(guī)負(fù)載(即Li+電池)測試Li+電池充電器將非常耗時，而且在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)環(huán)境中也難于實(shí)現(xiàn)。為了簡化測試過程，本文給出了一個電池仿真電路，可加快測試速度，在不帶實(shí)際電池的情況下實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池充電器的測試。

CC-CV充電

鋰離子電池充電過程的第一階段要中等精度的恒流(CC)充電，然后在第二階段過渡到高精度恒壓(CV)充電。

圖1為用于鋰離子電池充電器的CC-CV集成電路(MAX1737)的V-I特性曲線。這種類型的IC是消費(fèi)類產(chǎn)品中所有鋰離子電池充電器的核心。圖中可清楚

看出CC(2.6V至4.2V電池電壓)和CV(4.2V)區(qū)域。

圖1.MAX1737的V-I曲線是Li+電池充電器的標(biāo)準(zhǔn)特性曲線

電池低于2.6V時，要采用不同的充電技術(shù)。假如試圖對放電至2.6V以下的電池充電，充電器須供應(yīng)一個較低的充電電流(調(diào)理電流)，將電池電壓充至2.6V。這是鋰離子電池過放電時所必須采取的安全機(jī)制。VBATT2.6V時強(qiáng)行進(jìn)行快速充電，會使電池進(jìn)入不可恢復(fù)的短路狀態(tài)。

CC向CV階段的過渡點(diǎn)的臨界容差為±40mV。之所以要求如此嚴(yán)格的容差，是因?yàn)榧偃鏑V過低，電池將無法完全充滿;而CV過高，則會縮短電池的使用壽命。充電過程終止意味著檢測到電池達(dá)到滿電量，充電器必須斷開或關(guān)閉。在CV階段，當(dāng)檢測到充電電流降至快充電流或最大充電電流的一定比例(通常10%)時終止充電。

Li+電池充電器參數(shù)測試

Li+電池充電器設(shè)計(jì)通常包括兩個基本部分：數(shù)字部分(控制狀態(tài)機(jī))和模擬部分，模擬部分包括帶有高精度(>1%)基準(zhǔn)、可精確控制的電流/電壓源。對鋰離子充電器(不僅指IC)進(jìn)行完全測試是一項(xiàng)非常棘手且耗費(fèi)時間的工作，不僅僅限于對電流或電壓值進(jìn)行檢驗(yàn)。

測試時，應(yīng)該在整個工作范圍對充電器進(jìn)行分段檢測：包括CC階段、從CC到CV的切換、充電終止等。如上所述，測試的理想情況是采用常規(guī)充電器的負(fù)載：即Li+電池。然而，由于充電過程要一小時甚至更長時間，使用鋰離子電池進(jìn)行測試非常耗時。根據(jù)具體測試條件的不同：例如大容量電池+慢速充電，小容量電池+快速充電以及其它可能組合，測試時間也不盡相同。

此外，充電過程無法在保證不損壞電池的前提下提高充電電流，因?yàn)槌潆婋娏魇茈姵刈畲蟪潆娝俾?即快速充電電流)的制約。關(guān)于消費(fèi)類產(chǎn)品常用的電池，很少規(guī)定電流大于1C(在1小時內(nèi)將電池完全放電的電流)。因此，大多數(shù)情況下完成整個充電周期所要的時間往往超過兩小時。假如要重復(fù)測試，則要將電池完全放電—這一過程僅僅比充電稍微短一些?；蛘?，必須能夠隨時備有完全放電的電池。

另外可以使用一個模擬的理想負(fù)載替代真實(shí)電池進(jìn)行負(fù)載測試。仿真時，應(yīng)驗(yàn)證電路的直流響應(yīng)和動態(tài)穩(wěn)定性。然而，使用功率測試所用的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載進(jìn)行電池仿真非常困難。與大多數(shù)電源測試使用的負(fù)載不同，電池不能簡單地當(dāng)作電阻或固定地吸入電流。如上所述，必須在整個工作范圍內(nèi)進(jìn)行分段測試。以下介紹的Li+充電器測試電路完全滿足這些要求。

選擇電池模型負(fù)載

我們先討論兩個必須考慮但最終放棄的建模方法。電池負(fù)載建模的方法之一是：使用一個具有源出(放電)和吸入(充電)電流能力的電壓源與代表電池內(nèi)阻的電阻串聯(lián)。由于Li+電池要求精確控制終止電壓和充電電流，目前所有Li+充電器實(shí)際上是穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換器。

此外，由于穩(wěn)壓電源變換器(充電器)的穩(wěn)定性取決于負(fù)載(電池)的動態(tài)特性，因此必須選擇一個與模型非常相似的負(fù)載。否則，測試只能驗(yàn)證充電器本身的V-I特性。

假如只是進(jìn)行一次性測試，可以使用并聯(lián)型穩(wěn)壓器與電阻串聯(lián)，這足以模擬電池的內(nèi)阻，并且，這一簡單的電池模型完全可以滿足測試要求。這種方法的優(yōu)勢是由充電器本身供電。然而，更嚴(yán)格的測試要更精確的模型。該模型采用內(nèi)部電壓源，電壓值是充電過程中供給電池的總電荷的函數(shù)。

用恒流源對電池充電時電壓將不斷變化，以一定的正斜率上升。這是由于放電和其它電池內(nèi)部化學(xué)變化過程中，電池正極周圍累積的極化離子逐漸減少。因此，充電器的工作點(diǎn)取決于電池連接時間的長短，以及電池的工作歷史。用大多數(shù)電子實(shí)驗(yàn)室能夠找到的通用器件構(gòu)建負(fù)載，以模擬這一復(fù)雜負(fù)載的模型很困難。

要經(jīng)常對充電電路進(jìn)行測試，或必須詳細(xì)描述電路特性時，準(zhǔn)確模擬充電過程的電池非常有用。模擬過程要持續(xù)掃描充電器的所有直流工作點(diǎn)。模擬電路還要顯示結(jié)果，使操作人員可以查找問題、故障和干擾。假如模擬電路能夠供應(yīng)電池電壓輸出和信號，這些結(jié)果可以直接作為示波器信號。測試速度可以加快(從幾小時到數(shù)十秒)，并可根據(jù)要進(jìn)行多次反復(fù)，比用真正的電池測試更方便。然而，測試速度加快后對確定充電電源的熱效應(yīng)不利。因此，可能要額外的長時間測試，以便與充電電源和調(diào)節(jié)電路的熱時間常數(shù)相吻合。