充电试验

充电试验（精选四篇）

充电试验篇1

2010年7月27日,江苏省南京市鼓楼区一家宾馆内停放的电动车超长时间充电,导致电池短路起火引发火灾,造成2人死亡、1人受伤。2010年11月30日,河南省郑州市金水区柳林镇柳林村某村民自建房门厅内的电动自行车充电时电气线路短路引发火灾,造成3人死亡、2 人受伤。2011年4月25日,北京市大兴区旧宫镇南小街三村一幢四层楼房内停放的三轮电动自行车充电时电气故障引发火灾,造成18人死亡、24人受伤。2011年12月7日,上海市普陀区景泰路38号一汽修店业主在夜间为电动自行车充电时发生短路引发火灾,造成3人死亡。2012年5月10日,云南省昆明市官渡区关上街道办事处双凤社区万德村3号商铺内的电动自行车充电器输出线路短路引发火灾,造成6人死亡。

2 研究内容

从目前调查的电动车火灾案例可见,电动车引发火灾主要是由于在充电过程中充电回路电气线路短路所致,其中,充电器内部故障又是造成充电回路短路起火的主要原因。以往的研究主要侧重于电动车火灾的成因分析和预防对策,关于具体故障引发电动车火灾模拟试验的研究较少。笔者针对目前电动车火灾的主要原因,进行了不同环境条件下充电器故障的模拟试验,为电动车火灾的预防和调查提供技术支撑。

3 铅酸蓄电池充电特性

目前,我国电动车行业采用的电池多数为铅酸蓄电池,其适用的充电器多为开关电源式充电器,即三段式充电器,具有恒压、限流和浮充的功能。电动自行车常用的铅酸蓄电池电压、电流的充电曲线,如图1所示。

图1是一组4块型号为6-DZM-12的电池充电特性曲线。第一阶段为恒流阶段,电压曲线由A到B阶段,电流曲线由C到D阶段。A点是铅酸蓄电池的欠压状态,处于这时的电动自行车是不能启动的,也就是说与这组电池匹配的电动自行车的启动电压必须高于42V(单块均压高于10.5V);B点是铅酸蓄电池组的最高充电电压,为58.8V(单块电池均压为14.7V),超过此电压会造成蓄电池本身的损害。CD线段保持水平,说明充电电流是恒定不变的,所以,此阶段成为恒流阶段,恒定电流为0.15C,C为蓄电池的容量单位。对于单块容量为12Ah的铅酸蓄电池来说,0.15C即为1.8A,这一数值是根据蓄电池设计时,反应物以及析气量来确定的。第二阶段为恒压阶段,电压曲线由B到E,电流曲线由D到F。BE段是水平的,表示在此阶段充电时电压保持58.8V恒定不变,故称其为恒压阶段,电流由1.8A逐渐变小,直到降至F点,F点也称为转灯点,此时电流下降到0.4A,充电器的指示灯由红色变为绿色。第三阶段为降压浮充阶段,电压曲线显示电压由E降到G,然后保持G点的电压恒定充电,G点的电压为54.8V(单块电池均压为13.7V),电流曲线由F点的0.4A略微有下降。前两个充电过程总的充电时间为8~10h,第三个阶段的充电时间为1~2h为宜,作为用户本身,也可以省略第三个阶段,即发现充电器指示灯由红色转为绿色时就停止充电。

4 充电器故障及其危险性

充电器是对电动自行车蓄电池组补充电能的重要装置。充电器是将市电220V交流电,经充电器内部电路一系列变化后,将其转变为满足蓄电池组需要的电压和电流。充电器由于内部发热元器件温升有限、元器件自身可燃材料少、充电器外壳均采用阻燃塑料等。因此,充电器内部起火和引发火灾的几率很小。

电动车充电器本身起火几率小,但不代表其危险性小。充电器在使用过程中,由于电子器件在工作过程中本身也要损耗电能,放出热量,且铅酸蓄电池充电时间比较长,一般都要在10h左右,如果电子器件持续发热,且热量不能及时散发会引起充电器内部电子器件故障击穿,甚至爆炸。充电器内部一旦发生故障便会形成较大短路电流,引起线路起火。

目前,绝大多数电动车车主都在车库内,夜间给电动自行车充电。由于车库相对封闭,且灰尘较大,充电器风扇经常因灰尘较大而转速变慢,甚至容易堵转,由于是夜间充电,这种现象不易察觉。在风扇不工作的时候使用充电器火灾危险较大。笔者模拟风扇堵转故障时的情况,检测充电器内部的温度特性和充电器线路短路情况。

5 充电器堵转故障模拟试验

5.1 试验对象和仪器

6-DZM-12电动自行车用铅酸蓄电池4块,48V10-14AH充电器(无极性接反保护功能)若干,电压表1个,温度计1个,温度数据记录仪1个,秒表1个,放电电阻2只(10Ω,400 W),D20A的空气开关1个,环境模拟试验箱。

5.2 试验环境和条件

温度分别取20、35℃,环境相对湿度为30%;选择有无风扇两种试验条件;电压分别选择220、240、260V,用于模拟电网电压波动情况。

5.3 试验过程及现象

(1)将4只蓄电池编号为1、2、3、4,然后串联在一起,接到充电器上,闭合开关K1,充电器指示灯亮红色,如图2所示。

(2)用透明胶带将温度数据记录仪上的热电偶端子粘在充电器内部,设置每隔15min自动记录一次充电器内部的温度。

(3)将连接线路放在环境模拟试验箱内,调节温度、湿度、工作电压,将充电器(有/无风扇)插到220V的交流电源上,试验线路连接D20的空气开关监测线路短路的情况,充电器电源指示灯亮红色,开始对蓄电池充电,同时温度记录仪开始记录。

(4)待充电器的指示灯亮绿色,再浮充1~2h,此时充电完成,断开充电器电源,同时数据记录仪停止记录。

(5)在温度为(15±2)℃的环境中静止1~12h,待电池表面温度与环境温度相近时进行放电。

(6)选择用10Ω、400W的电阻2个并联成5Ω的电阻进行放电,将电阻接到电池的正负极,闭合开关K2,开始放电。

(7)放电后在温度为(15±2)℃的环境中静止1~12h,待电池表面温度与环境温度接近时,开始再次充电。

(8)将以上过程反复15次或充电器发生故障停止,将记录下的数据的最高温度取平均值。

将试验条件和充电器工作时得到的最高温度列于表1。从表1可以看出:首先,不考虑市电电压的波动,有风扇工作时和无风扇工作时充电器内部器件的温度相差很多,在有风扇工作的时候,无论在20℃还是35℃下工作,充电器内部温度均在45℃左右,这对充电器来说属于正常温度,不会影响充电器的正常工作。在无风扇工作的条件下,20、35℃时,充电器内部温度很高,在35℃时最高可达102℃,这说明风扇对于充电器的温度起着至关重要的作用。其次,市电电压对于充电器温度的影响不大,在相同的环境温度下,220、240、260V的市电电压,对于充电器工作时本身的温度变化不大。

如果充电器长时间在没有风扇的环境下工作,充电器的寿命会严重缩短。试验证明,一个被拆除风扇的充电器,20℃的环境下,在进行第12次充电试验时,充电2h,发生爆炸,试验电路连接的D20空气开关动作,说明有短路现象发生,爆炸时充电器的内部温度达到130℃,充电器内部电子器件击穿。

5结论

电动车需要定期进行充电,加之又有防盗需求,出于便利,用户一般都将其移到住所内停放并充电。停放地点多选择在建筑的首层门厅、走道或楼梯间内,有条件的,集中停放在车库、车棚内。电动车充电环境比较封闭,可燃物较多,充电器一旦发生爆炸,就可能引起连接线路短路,如果没有保护装置,容易引起线路起火,引发火灾。建议在正确的位置安装短路保险装置,一旦发生短路能够及时切断电路,从而预防电动车充电过程中发生火灾。

参考文献

[1]王刚,张万民.电动车充电过程起火原因分析及技术防范措施[J].消防科学与技术,2012,31(12):1376-1379.

[2]张万民,韩建平,原小永.电动车火灾成因分析及预防对策[J].消防科学与技术,2011,30(9):870-872.

充电试验篇2

1 试验标准要求

(1) 额定电缆充电开断电流CC1: (2.5~10) A, C C 2:2 5 A。

(2) 额定电压:12 kV。

(3) 电源回路:电源回路阻抗由ΔU确定CC 1:ΔU≤2%, C C2:ΔU≤5%。

(4) 负载回路:用5%容抗的无感电阻和电容器组串联组成、且其中性点直接接地。

(5) 试验电压持续时间:工频试验电压保持时间不少于0.3 s。

(6) 试验次数及要求:C 1级断路器试验方式1 (CC1) 24次“O”, 试验方式2 (CC2) 24次“C O”。通过控制触头分离时刻保证每个极性上进行4次 (步长:15°) 试验, 6次最短燃弧时间试验, 共两个极性, 其余试验达到总计24次 (步长:15°) 。所有最短燃弧时间试验要在同一相上。C1级断路器试验方式1 (C C 1) 24次“O”, 试验方式2 (CC 2) 24次“C O”。通过控制触头分离时刻在一个极性上进行6次 (步长:30°) 试验, 3次最短燃弧时间试验。在另一个极性上进行3次最短燃弧时间试验, 6次最长燃弧时间试验。其余试验达到总计24次 (步长:30°) 。 (C 1或C 2级断路器的确定由产品技术文件明确规定)

2 试验线路设计

(1) 试验线路图 (见图1) 变压器原边为星型接法, 付边为三角型接法, 用4个20 kV绕组并联, 付边电压可达11.8 kV。

(2) 试验线路走向:按图1所示, 每相线路从变压器负边引出后到保护开关 (SP2) , 再经过穿墙套管进入电抗室串接电感L后进入母线室, 经合闸开关 (MS) 进入试验小室, 经架空线进入母线室二楼串接电阻R2和电容C2后接地。

(3) 试验参数的计算与元件选择。

(1) 试验方式1 (CC1) 。

ΔU≤2%;试验电流I=2.5 ～10 (A) ;试验电压U=11.8 (kV) 。

取电容C=4.5μF, ΔU=2%得电源侧感抗:L=ΔU/ω2C=45 (m H) 。

根据计算结果选择元件:

串接电感L选用每相电抗器19.22 mH两串, 实接电感为38.44 mH。

电容C每相选用电容器 (10.5 kV、1.5μF) 12台, 接法为6并两串, 实接电容C为4.5μF。三相为星型接法。

电阻R每相选用每台电阻值为5.6Ω的6台电阻器串联, 实接电阻33.6Ω。电阻R可根据涌流的大小进行调整。实际电流ΔU=ω2 L C=1.7%。 (如图1)

图1中:NW为电网;L1为限流电抗器;R o为调频电阻;DS为隔离开关;MS为合闸开关;C o为调频电容;SP为保护开关;St为试品;PT为测量电压互感器;T为短路试验变压器CT为测量电流互感器;RD为测量电阻分压器R2、C2为负载电阻, 电容。

(2) 试验方式2 (CC2) 。

ΔU≤5%、试验电流1=25 (A) 试验电压U=1 1.8 (k V) 。

取电容C=11.7μF, ΔU=5%得电源侧感抗:L=ΔU/ω2U=43 (m H) 。

根据计算结果选择元件。

串接电感L选用每相电抗器19.22 mH两串, 实接电感为38.44 mH。

电容C每相选用电容器 (10.5 kV、1.5μF) 12台、接法为6并两串和电容器 (19 kV0.9μF) 8台、接法为8并相并联, 实接电容C=11.7μF。三相为星型接法。

电阻R每相选用每台电阻值为5.6Ω的3台电阻器串联, 实接电阻16.8Ω。电阻R据涌流的大小进行调整。实际电流

(4) 电源侧TR V的确定。

(1) 按照国家标准规定, 电源侧的预期TR V不应比出线端故障试验方式T100规定的TRV更为严酷。这里按T100规定值的t3=61μs, uc=2 0.6 k V来确定调频支路元件的参量。由上面的计算可知, 电源侧接入了相同的电感值, 固调频支路调频电容C0及调频电阻R0对试验方式1和2是相同的, 经计算它们分别为:C0=2 1 8 2 p F;R0=7 32Ω。

(2) 电源侧预期TRV参数的测量:试验前要将电容充分放电, 尼高力测量系统测量回路的TRV。模拟原理图 (见图2)

图2中:E为电池;K为水银开关;L为等值电感;R0为调频电阻;C0为调频电容;JSB为测量系统。

测量的预期TRV波形 (见图3) , 该波形参量为:t3=61μs, uc=20.6 kV由上面的计算结果和电源侧预期TRV波形的测量, 其结果均能很好地符合标准的规定。

3 试验方法

由产品技术文件确定试品是C1还是C2级断路器, 然后按标准要求的次数和操作循环进行试验。用程序控制器控制触头分离时刻, 来确定最短燃弧时间、最长燃弧时间及步长要求。为了获得最短燃弧时间, 需要进行几次试验, 依次按大约6°的间隔来控制触头的分离时刻。其余试验按标准规定进行。

4 试验线路参数的测量

试验中应记录的参量有试验电流、电源电压和试验电压, 它们可用电流互感器和电压互感器来测量。负载侧电压由于它近似为直流电压, 应使用电阻分压器测量。上面这些量经过光缆传输进入尼高力数据采集与测量系统, 并最后经过电脑进行编辑与分析。

5 对开合电缆充电电流开断时断口间恢复电压的机理分析

开断电容性电路的基本电路中us (电源侧电压) 按正弦变化, C是电容, uld为负载侧电压。电流过零熄灭, 在这一阶段由于容性电流因电感上压降而产生的电压升使得us>uc。负载侧电压uld几乎维持在us的最大电压上不变。电源侧电压在经过震荡后仍按其工频电压变化。因此, 在电流过零10 ms后加在断口间的恢复电压up r将达到最大:。这是在没有出现重击穿情况下讨论的, 如果此时弧隙介质强度不够产生击穿, 电容上将出现3倍过电压。重击穿的出现次数将使电容上过电压按3、5、7倍增长, 将对试验设备的绝缘构成一定的威胁。 (如图3)

6 结语

根据对高压断路器试品试验数据与现象的分析研究, 验证了试验线路和试验方法的正确性, 试验结果满足项目的研究结果可用来对12 kV断路器进行开合电缆充电电流的验证。

摘要：介绍了电缆充电电流试验的试验方法及试验结果, 试验表明试验方法正确, 试验结果满足标准要求, 可用来对12 kV断路器进行开合电缆充电电流的验证。

关键词：电缆充电电流,试验回路,参数计算,试验方法

参考文献

用充电IC实现手机快速充电篇3

由智能手机电池的发展趋势 (图1) 可见, 这两年电池容量有所突变。据德州仪器 (TI) 电池管理产品 (BMS) 大中华区市场和应用部门经理文司华介绍, 电池容量的突变并不在于电池密度是否有显著提高, 而在于手机的屏幕变大了, 所以电池容量、电池空间增大。另外, 电池电压也在不断提高, 原来都是4.2V电池, 现在变成4.35V, 今年有厂家在做4.4V电芯。电压提高的原因是:电芯每增加0.1V, 能让电池续航时间提升5%~8%左右。

2 传统的充电设计观念

现在第五代手机 (尤其是Androiidd手机) 的电池容量能做到3000m Ah, 对整个系统构架带来挑战, 用原来的适配器去充电已经落伍了, 以前的适配器, USB 2.0是5V输出, 0.5A电流, 合计2.5W, 现在对智能机有点慢。很多标配的适配器是5V/1A, 包括苹果i Phone 5以前也是如此, 这已算不错, 但也只有5W。对于Androiidd手机, 三星以前的Galaxy S4 26000m A h应该是不够的, S 4充电电流是1.5A以上, 适配器从5W一直在往上升, 真正的BC 1.2 (Battery Charging1.2) 协议, 包括国标在内的标准适配器是5V/1.5A, 就是7.5W。但这对3 0 0 0 m A h的电芯还是不够的。因为电池充电速度其实和电池大小没关系。例如, 当智能手环上的电池只有200m Ah, 是不是用一个输出电流更大的适配器就能让它充得更快?其实不然, 因为电池充电是要符合电芯厂规定的最大许可C倍率的。200m Ah产品, 1C等于200m A, 只要把容量拿出来, m Ah的小时 (h) 拿掉, 就是1C。通常比较安全的充电速率都是0.5C, 但其实0.7C也是很安全的, 而且大部分手机可以做到0.7C。所以, 不管电池多大都用0.7C充电, 其实充电时间是一样的, 很大的电芯用0.7C充电, 3个多小时也能充满, 很小的电池也必须用3小时充满, 不能提高得更快。以上是以前的观点。

3快速充电的两种途径

现在问题来了, 如果用3000m Ah的电池, 要用0.7 C充的话, 要用0.7×3000=2.1A。但2.1A已经突破适配器的电流, 因为常规的适配器是5V/1.5A, 2.1A已经突破极限了。所以3000m Ah的Android手机的充电时间就会变慢, 这是由于快充时, 一方面现在的适配器都不能够支持正常的大电量充电, 因此充电速率变慢了;另一方面怎样把3个小时再缩短?例如, 希望用10分钟把20%的电量充到80%?需要把常规的3.5小时以上缩短到1小时或1.5小时, 这是真正的提速和快充。

解决方案的一个关键是提高电流。由于传统的USB输出功率受限, 输出电压只有5V, 所以出现一个瓶颈, 充电线的粗细程度有一定的规范, 普遍不能支持2A的电流, 原因在于线的阻抗是固定的, 电流再大, 根据P=I2R, 线阻的功率损耗较大, 尤其转接头上也有一定的接触电阻, 因此有些厂家的方案是配备特殊的线缆, 有更小的阻抗。所以, 电流增大是个途径, 但是必须付出一些代价。例如, 去年OPPO推出的闪充, 其线材、适配器都是特殊的, 这是一种方法。

另一个方法是通过升压的方式, 这是目前关注度最高的。而且今年很多量产的手机新品会带有快充, 从1C到1.5C不等, 国产厂商也一定会有这种方案。以下详细介绍这种升压方案。

升压方案可以把适配器的5V电压提升。之前市场已经有类似的方案, 只不过今天我们是从手机内部的Charger (充电) IC角度来看, 当适配器能升到7V、9V、12V时, Charger I C怎样应付这种情况。例如, T I的Max Charge bq2589x是第一款高压输入 (最大正常工作电压14V) 大电流 (5A) 充电芯片, 它的一个优势是能提升功率而不增加损耗, 因为P=UI, 在提升电压的同时, 功率随之提高, 但由于电流没有改变, 仍然在2A以下, 线缆可以不用换, 适配器接口也不用换。

4 手机主板上的快充IC

USB线缆连接到手机上遇到的第一颗芯片叫Charger IC, 是放在手机主板上的 (图2) 。

TI的Max Charge可以独立识别并兼容普通5V以及更高电压输出的专有适配器。独立识别的意思是, 实际上识别高压适配器有很多种方式, 比如你可以通过AP (应用处理器, 即主芯片) 。独立的意思, Charger IC作为主板门户IC能够不需要任何其他芯片的介入, 自己就能够识别是5V适配器还是更高电压的适配器。原因是支持D+/D-信号以及VBUS电流脉冲两种适配器的握手信号。

因此, Max Charge芯片的好处, 首先是能够通过支持高输入电压支持快速的充电体验。我们可以把充电IC想象成黑盒子, 输入端的功率和输出端功率中间有9%~10%效率损耗, 输入端如果电压提升的话, 整个输入端功率也会相应提升, 输出端是单节锂电池 (现在手机、平板大都是单节锂电池, 3.7V左右) 的电压是固定的, 3V~4.2V~4.3V, 平台电压一般是3.7V, 如果计算, 例如输入端功率是7.5W, 5V/1A的适配器, 假如100%的效率, 输出端的电流约是2A。因为输出的电池电压是3.7V、3.8V平台电压, 所以:7.5/3.7≈2A。

假如今天是9V/1.5A, 即已经升压了, 9×1.5=13.5W, 输出端如果效率可以达100%, 那么输入端电流能够提升。由此可见, 在输入电压提升时能够实现快速充电。TI Max Charge是业界第一款能够同时实现支持5A充电电流和14V输入电压的芯片。

需要说明的是, 输入是从外部的适配器过来的, 一般是5V。有些适配器可以有高压输出, 但通常默认是5V输出, 但通过握手协议之后, 就会变成高压。当主板 (包括AP和Charger IC) 使能以后, 允许输出高压它就可以输出高压了, 所以这个高压是适配器给出来的。

为何平台电压会有3.7V~3.0V变化?可以把电池想象成一瓶水 (如图2最右侧) , 电流相当于水管的粗细程度, 变粗就更快了。水杯的高度是电压, 只不过水杯是中间粗、两边细的不规则形状, 因此开始充得很快, 但中间区域内呆的时间很长, 很大的就是3.7V的平台电压。这时候电流如果变得大, 注入时间就很快。所以此时快充的突破点是:为了快充, 提高了电流。

TI的方案是经Max Charge转换后电流变大。Max Charge能支持5A充电电流, 14V输入电压。5A是最大的标称值, 通常使用时会考虑到各种情况, 比如散热和电池容量, 所以3A~5A就可以做到这样一种平均的输入电流。

5 快充的效率

充电IC普遍效率是88%、89%, TI Max Charge bq2589x系列可在3.5A提升到91%, 这等于有2个百分点的提升。由于效率的提升, 在TI的实测中, 温度上升得很低, 室温下, 测试板上温度仅仅上升18℃, 以前要上升30多℃。

温升直接决定了用户体验。因为现在手机的适配器、主芯片、电池充电的温升/散热是很重要的技术瓶颈。所以很多设计体验, 由于散热不佳不得不采取折中办法。

6 放电

今天的Charger IC设计, 所有的M OS管都集成在里面, 采用串联电路, 这样充电时要经过MOS管, 但放电的时候会受到限制, 放电时要通过一个MOS管 (Q4) 。

图3是charger IC的主流架构图, 左侧是适配器的输入端, 通过电感电流流进入, 最后进入右侧大IC里再充电。现在用手机打电话时, 放电过程一定要通过Q4元件, TI Max Charge bq2589x的特色是, 放电电流可以支持得很大, 因为Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ (表1) , 堪称业界最低的阻抗。打电话进来, 主要是功放工作, 因为你要搜寻GSM信号时要把功率调得很大, 接收塔才能接收到。因此电路这边需要很大的瞬态电流 (尖峰电流) 。Max Charge的Q4阻抗很小;如果是其他的设计方案, 由于内置Q4 MOS管的阻抗不够小, 它里面还要再加元件, 增加了成本。

具体来看, 图3的电线是有阻抗的, 其实IC里也有电阻, 这些电阻会增加损耗。如果不计成本, 这些阻抗越小越好 (注:MOS管阻抗越小IC成本越高) 。TI能在相应成本之下把阻抗降到市场最低, 这是Max Charge最大的亮点。以前5V时, 电池充电到3.7V~4V, 5V、4V和3.7V差异很小, 一个5V到右侧3.7V实际差异不大, 因此Q3导通的时间很短, 这是切换电路:Q2-Q3, Q3-Q2两个交替切换, 实现能量高效率转移。以前5V时, Q2的导通时间是最长的, 所以Q2的阻抗要越低越好。

9V到14V差距很大, 这要求Q2的导通时间要缩短, Q3的导通时间要加长, 到了Max Charge bq2589x, TI第一次把Q3阻抗降得比Q2还要低。Q3阻抗直接降到16mΩ (如表1) 。这也是Max Charge区别于竞争对手的很大差别, 即Q3的阻抗直接让Max Charge的效率有显著提高。

图4是Q2和Q3的损耗, 它的切换频率是1.5V, 属高频切换, 这样的波形一直切换下去进行充电, 它的占空比可以从此图看出来。

那么, Q 3的1 6 mΩ是怎么实现的?如果看芯片的设计, 芯片是在Si O2基板上面做的很多流程。一般M O S管在芯片里占的面积是最大的, 众所周知, 面积越大电阻越小, 电流是垂直穿过去的。要想实现16mΩ, 必须要加大MOS管的面积, 这样成本也会相应增加。关键在于Max Charge bq2589x突破了很多设计限制, 进行了优化 (比如把数字部分缩小一点) , 使之与之前的芯片 (bq2419x) 管脚兼容。

在散热方面, Max Charge也有一些封装讲究:芯片采用QFN (四方扁平无引线) 封装, 特点是QFN封装下面有Power Pad (焊盘) 。在bq2419x系列之前, 手机上的Charger IC最初是集成在PMU里的, 采用BGA或CSP封装, 等到不得不把Charge分出来的时候, Charger IC也为了节省空间, 都用BGA封装。BGA封装, 即把晶圆上切割下来的die (芯片) 的反面Pad上装上焊球, 即die本身就是封装, 是最省空间的。Max Charge之所以采用QFN封装, 主要考虑散热, 由于QFN封装下面有Power pad, 因此封装比BGA大一些, 需要焊接在整个电路板上, 热是分散的, 不是浓缩在一点的。当然, 如果电池小的话, 也没有必要用大封装快充, 也就不需要QFN。

7 快充对电池的寿命影响

两年前TI推出了Max Life, 是为了在快速充电情况下兼顾电池的充电寿命。对于任何一个电芯来说, 只要用大电流之后一定会让寿命减少。比如电芯本来有500个循环, 用大电流之后, 它就只有450个循环。今天的电池技术已经能做到相当多的循环次数, 就算用1.5C充电, 也能做几百个Cycle (循环) 以上。

Ma x Life实质上是电量计, 利用Max Life技术实时监控电芯老化特性, 具体地, 是用电量计控制Charge, Charge初始情况下设置1.5C, 但发现电池老化很快的时候可能会把1.5C降下来。

但有些场合不需要Max Life。例如大平板, 平板4000、5000m Ah的都有, 即要用大电流, 就算已经到了3A还不会损坏电池的寿命, 还小于0.7C, 这样的用户没必要用Max Life技术。

8 快充适配器

目前的快充是统一的接口, 能否快充取决于所用的适配器技术。市场上通用适配技术做不了快充, 因为功率限制。适配器必须有升压功能才行, 即适配器必须有握手的条件。

9 无线充电可以快充吗?

无线充电能够做到快充, 只不过是个系统设计问题。

无线充电的快充, 首先一定是高压快充 (一定不会是5V的) , 因为无线充电的效率要求更加严苛。因无线充电损耗要比有线充电大一些, 因此整个线圈损耗要降低, 输出要想降低, 无线输出电压一点要高过5V才能做到更高效的充电。TI去年年末推出了10W的无线充电——今天最好的适配器也就10W而已。现在i Pad2、3也就是5V/1A的充电。

1 0 IR补偿

高充电电流将在充电路径寄生电阻和内部电池阻抗上引起电压降。较高的阻抗将导致充电过早地进入了恒定电压模式, 从而使得充电时间延长。IR补偿把充电器端子电压增至高于电池调节电压 (高出的幅度为I x R压降) , 以使充电器能够在恒定电流模式中停留足够长的时间, 由此实现快速充电。

具体如图5所示, 整个曲线包含的面积单位是m A×h (时间) , 即电池的容量, 如果电池电压刚开始掉下来时就停止充电, 那么电池容量就很小, 其实还有一小半的容量没有充满。所以, 业界经常谈论的70%、30%的问题, 就是花70%的时间充30%的电量, 原因是进入到了恒压区;花30%的时间充70%的电量指的是在恒流区, 横流区面积很大。最后想真正充满还是需要时间的。除了提升电流之外, 绿色线 (细线) 比红色线充得更快, 这是由于Max Charge使用IR补偿技术, 让电池充电过程更多处于大电流恒流区, 缩短它的充电时间, 所以恒压区就缩短了。仅通过这一项技术, 就能实现17%的时间缩短。

究其原因, 理想情况下电流是大电容的, 用恒流的话, 充到4.2V就可以停止了, 因为已经充饱了, 这是电容的充电。电池是电容+电阻的等效电路, 由于电池里内阻的存在, 并且电阻在外部也有, 所以, 充电就不是理想的过程, 可以看到既有恒流区又有恒压区, IR补偿的任务是延长恒压区, 减少恒流区。

1 1 电池部门的人员组成

电池部门也是研发人员聚集的重地。以TI公司为例, 其BMS部门由七八十名电池专家组成, 其中包含化学家和芯片设计人员, 他们拥有锂电池管理、充电创新的经验。 (注:本文主要根据TI公司BMS部的文思华博士的讲演整理, 未经讲演者确认。)

参考文献

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