标签: 电池充电

现在，从电动型汽车到电网负载均衡系统的各种应用中，大型、高压可再充电电池系统是常见的电源。这些大型电池组由众多单节电池串联 / 并联阵列组成，能存储大量能量 (数十千瓦小时)。锂聚合物或磷酸铁锂 (LiFePO4) 电池是常见的技术选择，因为这类电池能量密度高，能提供很高的峰值功率。在单节电池应用中，仔细控制电池充电并监视电池是确保安全工作、防止电池过早老化或损坏的关键。不过，与单节电池系统不同的是，串联连接的电池组提出了一项额外的要求，这就是“电池平衡”。 所有的串联连接电池必需保持电荷平衡 当一个电池组中的每节电池具备相同的电荷状态 (SoC) 时，这些电池就是“平衡”的。SoC 指的是个别电池随着它的充电和放电，目前相对于其最大容量的剩余容量。例如：一个剩余容量为 5A-hr 的 10A-hr 电池具有 50% 的 SoC。所有的电池都必须保持在某个 SoC 范围之内以避免受损或寿命缩短。可容许的 SoC 最小值和最大值因应用而异。在最重视电池运行时间的应用中，所有电池都可以在 20% 的 SoC 最小值和 100% 的最大值 (满充电状态) 之间工作。而就要求电池寿命最长的应用而言，可能将SoC范围限制在 30% 最小值和 70% 最大值之间。在电动型汽车和电网存储系统中，这些数值是典型的SoC 限制，电动型汽车和电网存储系统使用非常大和非常昂贵的电池，更换费用极高。电池管理系统 (BMS) 的主要作用是，仔细监视电池组中的所有电池，确保每一节电池的充电或放电都不超出该应用充电状态限制的最小值和最大值。 在采用串联 / 并联电池阵列时，并联连接电池会相互自动平衡，这种假定一般来说是对的。也就是说，随着时间推移，只要电池接线端子之间存在传导通路，那么在并联连接的电池之间，电荷状态就会自动平衡。串联连接电池的电荷状态会随着时间变化而分化，这种假定也是对的，这么说有几个原因。由于电池组各处温度变化率的不同，或者不同电池之间阻抗、自放电速率或加载之不同，SoC 会逐步发生变化。尽管电池组的充电和放电电流往往使电池之间的这些差异显得不那么重要，但是累积起来的失配会越来越大，除非对电池进行周期性的平衡。之所以要实现串联连接电池的电荷平衡，最基本的原因就是补偿各节电池 SoC 的逐步变化。通常，在一个各节电池具有严密匹配之容量的电池组中，运用被动或耗散电荷平衡方案足以使 SoC 重新达到平衡。 如图 1A 所示，无源平衡简单，而且成本低廉。不过，无源平衡速度非常慢，在电池组内部产生不想要的热量，而平衡是通过降低所有电池的余留容量，以与电池组中 SoC 值最低的电池相匹配。由于另一个常见的问题“容量失配”，无源平衡还缺乏有效应对 SoC 误差的能力。随着老化，所有电池的容量都会减小，而且电池容量减小的速率往往是不同的，原因与之前所述的类似。因为流进和流出所有串联电池的电池组电流是相等的，所以电池组的可用容量由电池组中容量最小的电池决定。只有采用有源平衡方法 (例如图 1B 和 1C 中所示的那些方法) 才能向电池组各处重新分配电荷，以及补偿由于不同电池之间的失配而导致容量的减小。 电池之间的失配可能极大地缩短运行时间 电池之间无论是容量还是 SoC 之间的失配都可能严重缩短电池组的可用容量，除非这些电池是平衡。要最大限度地提高电池组的容量，就要求在电池组充电和电池组放电时，电池都是平衡的。 在图 2 所示的例子中，电池组由 10 节电池串联组成，每节电池的容量均为100A-hr (标称值)，容量最小的电池与容量最大的电池之间的容量误差为 ±10%，对该电池组充电或放电，直至达到预定的 SoC 限制为止。如果 SoC 值限制在 30% 至 70% 之间，而且没有进行容量平衡，那么在一个完整的充电 / 放电周期之后，相对于这些电池的理论可用容量，可用电池组容量降低了 25%。在电池组充电阶段，无源平衡从理论上可以让每节电池的 SoC 相同，但是在放电时，无法防止第 10 节电池在其他电池之前达到 30% 的 SoC 值。即使在电池组充电时采用无源平衡，在电池组放电时也会显著“丢失”容量 (容量不可用)。只有有源平衡解决放案才能实现“容量恢复”，有源平衡解决方案在电池组放电时，从 SoC 值较高的电池向 SoC 值较低的电池重新分配电荷。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 图 3 说明了怎样采用“理想的”有源平衡，使由于电池之间的失配而“丢失”的容量得到 100% 的恢复。在稳定状态使用时，当电池组从 70% SoC 的“满”再充电状态放电时，实际上必须从第 1 号电池 (容量最高的电池) 取出所存储的电荷，将其转移到第 10 号电池 (容量最低的电池)，否则，第 10 号电池会在其他电池之前达到其 30% 的最低 SoC 点，而且电池组放电必须停止，以防止进一步缩短寿命。类似地，在充电阶段，电荷必须从第 10 号电池移走，并重新分配给第 1 号电池，否则第 10 号电池会首先达到其 70% 的 SoC 上限，而且充电周期必须停止。在电池组工作寿命期的某时点上，电池老化的差异将不可避免地导致电池之间的容量失配。只有有源平衡解决方案才能实现“容量恢复”，这种解决方案按照需要，从 SoC 值高的电池向 SoC 值低的电池重新分配电荷。要在电池组的寿命期内实现最大的电池组容量，就需要采用有源平衡解决方案，以高效率地给每节电池充电和放电，在电池组各处保持 SoC 平衡。 高效率双向平衡提供最强的容量恢复能力 LTC3300 (参见图 4) 是一个新产品，专门为满足高性能有源平衡的需求而设计。LTC3300 是一款高效率、双向有源平衡控制 IC，是高性能 BMS的关键组件。每个 IC 都能同时平衡多达 6 节串联连接的锂离子 (Li-Ion) 或磷酸铁锂 (LiFePO4) 电池。 SoC 平衡通过在一节选定的电池和一个由多达 12 节或更多节相邻电池构成的子电池组之间重新分配电荷来实现。平衡决策和平衡算法必须由单独的监视器件以及控制 LTC3300 的系统处理器来应对。电荷从一个指定电池重新分配给由 12 节或更多相邻电池组成的电池组，以给该电池放电。类似地，从 12 节或更多相邻电池组成的电池组将电荷转移给一个指定的电池，以给该电池充电。所有平衡器可能同时在任一方向上工作，以最大限度地缩短电池组的平衡时间。所有平衡控制命令都通过一个可叠置和噪声裕度很大的串行 SPI 接口提供给每个 IC，对电池组的高度没有限制。 LTC3300 中的每个平衡器都采用非隔离式、边界模式同步反激式电源级，以实现对每一节电池的高效率充电和放电 (参见图 5)。6 个平衡器中的每一个都需要自己的变压器。每个变压器的“主”端跨接在接受平衡的电池上，“副”端跨接在 12 节或更多相邻电池上，包括接受平衡的电池。副端上电池的数量仅受外部组件击穿电压的限制。在相应的外部开关和变压器调节范围内，电池的充电和放电电流可由外部检测电阻器设定为高达 10 安培以上的值。通过主端和副端组件进行的排序和 IPEAK / IZERO 电流检测取决于平衡器是否启动以给电池充电或放电。高效率是通过同步工作以及组件的恰当选择实现的。每个平衡器都是通过 BMS 的系统处理器启动的，而且平衡器将保持启动状态，直至 BMS发出停止的命令，或指示检测到故障。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 平衡器效率事关紧要！ 电池组面对的大敌之一是热量。高环境温度会快速缩短电池寿命并降低其性能。不幸的是，在大电流电池系统中，平衡电流也必须很高，以延长运行时间或实现电池组的快速充电。如果平衡器的效率不高，就会在电池系统内部导致不想要的热量，而且这个问题必须通过减少能在给定时间运行的平衡器之数量来解决，或通过采用昂贵的降低热量方法来应对。如图 6 所示，LTC3300 在充电和放电方向实现了 90% 的效率，与具备相同平衡器功耗、效率为 80% 的解决方案相比，这允许平衡电流提高一倍多。此外，更高的平衡器效率允许更有效地重新分配电荷，这反过来又可产生更有效的容量恢复和更快速的充电。 局部电池负责完成大部分的平衡工作 整个电池组内的电荷转移是通过使副端接线交错 (如图 7 所示) 来实现的。以这种方式进行交错将允许电荷在任何一组电池 (6 节) 与一组相邻电池之间来回转移。请注意，相邻的电池在电池组中既可以位于上方也可以位于下方。当优化某种平衡算法时这种灵活性是有帮助的。关于任何交错式系统存在着一种常见的误解：将电荷从一个非常高电池组的顶端重新分配至底端其效率一定是极低的，这是因为将电荷从电池组顶端移至底端需要进行大量的转换。然而，如图 7 中给出的实例所示，大多数平衡只是通过在与那些需要电荷平衡的电池最靠近的电池之间的电荷重新分配来完成的。含有 10 个或更多电池的副端电池组使得一个电荷不足的电池 (若不补充电荷则其将限制整个电池组工作时间) 简单地通过运行一个平衡器就能恢复其“丢失”容量的 90% 以上。因此，利用 LTC3300的交错式拓扑将无需把电荷从电池组的顶端一路转移至底端，大多数的平衡工作都是由相邻的局部电池完成的。 安全是第一位的 除了提供卓越的电气性能，LTC3300 双向有源平衡器还提供众多安全功能，以防止平衡时出现差错，并保持最高的可靠性。数据完整性检查 (对所有传入和传出的数据、看门狗定时器、数据回读等进行 CRC 校验) 防止平衡器响应无意间发出或错误的命令。可编程伏-秒箝位确保在平衡时的电流检测故障不会导致电流失控情况。逐节电池的过压和欠压检查以及副端过压检测可防止在平衡时突然发生的电池线束故障而导致损坏电路。 这些特性使 LTC3300 能在串连连接的电池系统中提供高性能和可靠的有源平衡。随着这类系统中的电池老化或需要更换，日益重要的是补偿所产生的电池容量失配，以防止进一步影响运行时间、充电时间或电池组的寿命。LTC3300 专门用来应对这种挑战，能使设计师实现全新的安全性和充电效率。 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载

文中所述的集成电路KA7500B是三星公司出品的一颗专用的脉宽调制型开关电源集成控制器，它与TL494完全兼容并可互换。该电路方案如下图所示。 下面对该电路的工作原理作一说明： 图中所绘电路本质上是一个电源电路，具有恒流/恒压输出功能。它带有两路反馈电路，为电流反馈和电压反馈，其中电流反馈的正、负极对应KA7500B的第1、2脚，输出电流在电阻R12和R20上产生一压降，该压降经R9、R10和R14、R15电阻回馈回来，当KA7500B的第1脚电压大于第2脚电压时，KA7500B会减小输出脉宽（第8、11脚），使电流减小，否则增加脉宽，使输出电流恒定在预设值，其恒流值符合以下公式： 式中R为R12和R20并联后的阻值，因此恒流值理论上计算值为735mA。 电路中的电压反馈的正、负极对应KA7500B的第16、15脚，在上电后，KA7500B的第14脚输出稳定的5V电压，该电压使LED发光，作为电源指示，同时该5V电压作为基准电压，提供给KA7500B的15脚作为电压基准，输出电压经过R19、R10、VR1和R17分压后，与电压基准比较，当电压太大时，则减小脉宽，太小则增加脉宽，使之保持恒定的输出电压值，其输出电压值符合下列公式： 由于KA7500B的两路反馈是在其内部是相“与”后再进行控制的，因此当输出电压低于恒压值时，电流反馈起控制作用，当输出电压达到8V4后，电压反馈起控制作用，这样电路就完成了恒流/恒压控制功能，其原理与稳压电源的工作原理完全一样，只是该电路为开关电源控制方式，因此效率高，温升低。 图中的D1为防止极性反相输入二极管，D2为开关电源工作的续流二极管，T1工作于开关状态。 在明白其工作原理后，要想对其进行扩展应用就简单多了，现分述如下： 1、正常使用时，调整VR1电位器可得到相应的输出电压。 2、充不同容量锂离子电池：可改变R12和R20的阻值，所需电流值可按照前文所述公式自行计算来设定。若电流太大时，需给T1加装一散热片，同时续流二极管应改用1N5822，以承受更大电流。 3、充高电压锂电池：只需改变R10或R17即可，具体所需输出电压值可按公式计算后设定。 4、作高精度稳压电源：其输出电压原理与上述一致，但需要注意纹波，可能情况下应加大电路中电感的电感量和滤波电容，以减小纹波。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载

锂离子电池以能量密度高、体积小、重量轻等优势，在手机、笔记本电脑市场已经完全取代其他电池，占有率几乎达到了100%。目前，锂离子电池正迅速延伸至电动工具及其他的应用中，它广阔的市场前景也越来越得到业界的认同。不过，与镍氢、镍镉、铅酸电池相比，要更快地推动锂离子电池的应用和发展，还必须不断提高它的安全性和使用寿命。本文将从充电器角度，讨论一种新型的充电解决方案以提高锂离子电池的安全性，延长电池使用寿命，同时降低充电器的成本。 　　在使用电池的过程中，我们常会听到电池业者这样的一句话：“电池使用中坏的少，更多的是被充坏的”。这句话我们可以理解为，不正确的充电条件或方法将更容易损害电池、降低电池的寿命。以18650钴酸锂离子电池为例，当充电过温，在70℃左右：电解质界面(SEI)模开始分解并发热；120℃左右：电解质、正极开始热分解，造成析气并使温度迅速上升；在到260℃左右：电池爆炸。或充电过压，以过压5.5V来看，容易使锂金属析出，溶剂被氧化，温度上升，产生恶性循环，甚至电池着火、爆炸。因此，针对如何充电，我们共同来探讨下面几个重要的问题。 　　为什么需要预充功能？ 　　电池工作电压从2.5V(碳负极电池:3V，电量为0%)到4.2V(电量为100%)。当电压小于2.5V时，电池放电终止。同时因为放电回路关闭使内部保护电路的电流损耗也降为最低。当然，实际应用中由于不同的内部材质，放电终止电压可在2.5V-3.0V范围。当电压超过4.2V时，充电回路终止，以保护电池安全；而当单体电池工作电压降到3.0V以下，我们即可认为过放电状态，放电回路终止，以保护电池安全。所以电池不用时，应将电池充电20%的电量，再进行防潮保存。 　　由于锂离子电池具有较高的能量比，因此在电池使用中要严格避免过充，过放的现象。过放会导致活性物质的恢复困难，此时如果直接进入快速冲电模式 (大电流)，会对电池产生损害，影响使用寿命并可能因此带来安全隐患。先以小电流(C/10)充到2.5V至3.0V，再转换成快充是必要的。 　　虽然目前锂离子电池在应用中都带有保护板，在通常的情况下，发生过放的几率会很小，但不加预充功能，在这两种情况下的情况还是可能带来过放的隐患。一是保护板失效，二是长时间放置(5%-10%/月)的自放电率。因此小电流预充可以有效解决过放电池的充电问题。 　　但是，充电电流并非越大越好。以单体锂离子电池为例，它的充电方式都包括恒流、恒压充电过程，恒压通常为4.2V(以LiCoO2电池为例)，恒流设置值为0.1C～1C。虽然大电流的充电会缩短充电时间，但也会造成电池生命周期的缩短和容量的降低，因此我们需选择恰当的恒流值进行充电。 　　下面是一个4.2V/900mAH LiCoO2电芯的不同电流充电与电池容量的关系曲线(图1)，我们可以看出大约500个充放周期后，小电流充电的电池容量明显大于大电流充电的电池容量。 　　恒压充电时的电压精度要求 　　作为高能量密度电池，过充会对锂离子电池造成很大的危害，有可能会膨胀漏液甚至发生爆炸。而且过充容易造成电池里面的电解物质加快反应而造成电池的使用寿命减短，因此准确的恒压值充电对锂离子电池的使用寿命而言有着重要的意义。 　　为了更充分地充满电，要保证恒压值和终止电压值的精度在1%之内。以钴酸锂离子电池为例，最好能尽可能接近4.2V，但又不超过4.2V，这种高精度的电压充电法，可以减少钴的溶解，稳定LiCoO2的层状结构，使它的包覆不发生相变，提高循环性能，并保持高容量。此外，即使轻微的过压也会带来两个现象的改变，电池初始容量减小和电池循环寿命降低。 在多节锂离子电池串联的情况下，为保证获到最大的电池容量和寿命，因此有时甚至要求精度达到0.5%以内。所以说，充电电压的精度控制是锂离子电池充电器的一个关键技术。 　　目前人们对锂电池充电电压有这样一个误解，认为有了电池保护板，在电压精度上不必关心，这是不可取的。因为电池保护板目的是用于对可能的意外事故进行及时的保护，它考虑的比较多的是安全因素，而不是性能因素。比如以4.2V的电芯为例，保护板的过压保护参数是4.30V(有的可能会要 4.4V)，假如每次都过充，以4.30V作为充电截止点，电池容量也会很快衰减的。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 　　为什么需要充电定时器 　　曾有一家充电器厂商表示，他们以前常碰到充电器用户来退货，说充电器坏了，原因是电池充了一天，电池都充不饱，充电器不转灯，一直是红灯。可厂家对充电器实际测量时，又发现它是正常的，符合出厂要求。这是什么问题呢？这主要是因为这充电器没考虑到电池的老化后自放电变大。如果截止充电的电流设置过小，将使得老化的电池一直达不到充电完成的设置点，从而使得用户产生误判，认为充电器已坏。 　　充电定时器的作用就是防止已损害的或过多循环的锂电池，在充电的截止段，由于自放电过大，使电池难以进入EOC的状态(高于判断电流)，一方面给用户带来电池充不饱的误判，另一方面也可能由于过长时间的充电，带来电池过热发生膨胀，甚至危险。 　　针对这些因素考量，凹凸科技(O2Micro)推出的新型多串锂离子电池充电芯片OZ8981已是一个完善的解决方案。OZ8981是一个专用的充电管理集成芯片，它带精确电压，电流输出和多重保护，并提供六阶段充电控制模式，系统设计方便且成本低。它主要针对用于轻型电动汽车，电动自行车和电动工具上多节锂离子电池包。 高性价比和高可靠性的OZ8981包含单芯片集成充电控制器，可实现高效的误差放大器输出。它支持0V脉冲充电、预充电、恒流充电、恒压充电、截止充电、自动再充电六阶段智能充电控制。支持对预充电的启动电压、恒流充电值、恒压充电值及截止充电电流值进行灵活设置。 　　此外，OZ8981具有高精准充电电压(1%)和电流(5%)输出；通过外部电阻调整，电压输出精度可0.5%。支持双充电定时器保护：预充电定时，恒压充电定时(最大5小时，或不使用)。支持双温度保护：芯片内部温度保护(115℃)，外部过高温保护(默认：44℃) 和过低温保护(默认：2℃)。外部温度保护点可外部灵活设置。支持充电过压保护、过流保护、短路保护。支持电池自动接入检测，支持充电状态的直接LED显示。该器件采用通用封装SOP16。 　图4为OZ8981锂离子电池充电曲线图。通过与前端PWM芯片的结合，OZ8981将帮用户快速的实现安全高效且低成本的锂离子电池充电器设计。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载

高压、大电流控制器实现多种拓扑 mW 至 kW 电池充电 凌力尔特公司电源产品部, 高级产品市场工程师, Steve Knoth 在很多细分市场上，电池充电的实际操作涉及多种电池化学组成、电压和电流水平。例如：随着现有及全新电池化学组成之新型应用的不断涌现 (太阳能应用中密封铅酸电池 使用量的急剧增加便是一个例子)，工业、医疗和汽车电池充电器都持续需要更高的电压和电流。输入电压、充电电压和充电电流的组合很多，基于单个集成电路 (IC) 的现有解决方案仅能满足其中一部分组合的要求。人们一般用 IC 和分立式组件的笨重组合来满足大多数电压电流组合及拓扑的要求。 目前的市场趋势表明，人们对大容量 SLA 电池重新产生了兴趣，大容量 SLA 电池不再仅用于汽车了，这勉强算是一种复兴吧。从价格/功率输出的角度来看，汽车或“为启动供电的”SLA 电池并不算贵，可以提供短持续时间的大脉冲电流，从而非常适用于汽车和其他车辆启动器应用。深周期铅酸电池是另一种在工业应用中非常流行的技术。这类电池的极板比汽车电池厚，设计为放电至其满充电量的 20%。这通常用于要求在较长时间内供电的应用，例如在叉车和高尔夫球推车等。然而，铅酸电池对过充电非常敏感，因此小心谨慎地充电非常重要。 显然，太阳能供电应用在增加。各种不同尺寸的太阳能电池板现在能给各种创新性应用供电，例如人行横道标志灯、垃圾压实机、海上航标灯等应用。在太阳能供电应用中使用的电池是一种深周期电池，除了深度放电以外，还能承受长时间重复的充电周期。这种类型的电池常见于“脱离电网” (即未与电力公司的供电网连接) 的可再生能源系统，例如太阳能或风力发电系统。 “一体化”充电器在哪里? 设计师一开始设计充电解决方案时，会遇到一些更为棘手的问题，包括高输入电压要求、需要给大容量电池充电、输入电压范围高于和低于电池电压范围等。此外，更糟糕的是，有很多应用没有专有和简单的电池充电解决方案。这类应用的例子包括： • 由很多节电池串联组成的电池组  ━━  现在没有适用于 4 节锂离子电池的 IC 解决方案 • 高输入电压应用 – 现在没有高于 30V 至 40V 的 IC 解决方案 • 降压-升压型应用和隔离式拓扑 (例如反激式配置) 由于 IC 设计的复杂性，现有电池充电控制器主要限于降压型架构。一些现有解决方案可以给多种化学组成的电池充电，有些解决方案提供内置的终止功能。不过，直到现在，也没有哪款充电器能提供解决上述所有问题所必需的性能。大功率电池充电器系统、便携式仪器、配备电池的工业设备和通用充电系统都可能成为这样一种充电器的流行应用。 一种新的 IC 解决方案 解决上述问题的 IC 充电解决方案需要拥有如果不是全部、也是很多以下特性： • 灵活性：该解决方案必须能与各种不同的开关拓扑一起运行 • 宽输入电压范围 • 宽输出电压范围以满足多个电池组的需求 • 能给多种化学组成的电池充电 • 简单、自主工作 (无需微处理器) • 大的输出电流 • 占板面积小和扁平的解决方案 • 先进的封装以改善热性能和空间利用率 具电源通路 (PowerPath™) 控制和输入电流限制的典型同类解决方案非常复杂，由一个 DC-DC 开关稳压器、一个微处理器加上几个 IC 和分立式组件组成。不过，由于凌力尔特推出了新的 LTC4000 电池充电控制器，所以现在更简单的解决方案唾手可得了。 LTC4000 LTC4000 是一款高压控制器和电源管理器，几乎能将任何外部补偿的 DC/DC 电源转换成全功能电池充电器，参见图 1。LTC4000 能驱动典型的 DC/DC 转换器拓扑，包括降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC 和反激式拓扑。该器件提供精确的输入和充电电流调节，在 3V 至 60V 的宽输入和输出电压范围内工作，从而可与各种差分输入电压源、电池组和电池化学组成兼容。典型应用包括高功率电池充电器系统、高性能便携式仪器、电池后备系统、配有工业电池的设备以及笔记本电脑 / 迷你型笔记本电脑。   图 1：LTC4000 的典型应用电路 LTC4000 采用智能电源通路拓扑，当输入功率有限时，优先向系统负载供电。LTC4000 控制两个外部 PFET，以提供低损耗反向电流保护、电池的高效率充电和放电、以及即时接通工作，从而确保即使电池没电或深度放电时，一插上电源插头就有系统电源。外部检测电阻器和精确检测能在高效率时提供准确的电流，从而允许 LTC4000 与涵盖毫瓦至千瓦功率范围的转换器一起工作。 LTC4000 的全功能控制器能给各种化学组成的电池充电，包括锂离子 / 聚合物 / 磷酸盐、密封铅酸及基于镍的电池。该器件还通过 FLT 和 CHRG 引脚提供充电状态指示信号。该电池充电器的其他特色包括：±0.25% 的可编程浮置电压、可选定时器或 C/X 电流终止、利用 NTC 热敏电阻器实现的温度合格的充电、自动再充电、面向深度放电电池的 C/10 涓流充电和坏电池检测。 LTC4000 采用扁平 (0.75mm) 28 引脚 4mm x 5mm QFN 封装和 28 引线 SSOP 封装。该器件在 -40C 至 125C 的温度范围内工作是有保证的。其关键特色如下： • 与一个 DC/DC 转换器配对使用时，可实现一个完整的高性能电池充电器 • 宽输入和输出电压范围：3V 至 60V • 输入理想二极管实现低损耗反向隔离和负载共享 • 输出理想二极管实现低损耗电源通路和与电池的负载共享 • 电源通路控制 • 在电池深度放电时即时接通工作 • 可编程输入和充电电流：准确度为 ±1% • 准确的可编程浮置电压 (室温时为 ±0.2%，随温度变化为 ±1%) • 可编程 C/X 或基于定时器的充电终止 • NTC 输入以实现在合格的温度条件下充电 对外部 DC/DC 转换器的全面控制 LTC4000 需要一个外部补偿的开关稳压器以构成一个完整的电池管理解决方案。系统性能将基于 LTC4000 与之配对的开关稳压器类型的不同而变化。 LTC4000 包括 4 个不同的调节环路：输入电流、充电电流、电池浮置电压和输出电压 (A4―A7)，请看下面的方框图。无论哪一个环路都需要 ITH 引脚上的电压最低，以稳定控制外部 DC/DC 转换器。输入电流调节环路确保在稳定状态时不超过所设定的输入电流限制 (利用 IL 引脚上的电阻器)。充电电流调节环路确保，不超过所设定的电池充电电流限制 (利用 CL 引脚上的电阻器)。 浮置电压调节环路可确保编程电池组电压 (采用一个通过 BFB 从 BAT 连接至 FBG 的电阻器来设置)  不被超过。输出电压调节环路则用于确保编程系统输出电压 (采用一个通过 OFB 从 CSP 连接至 FBG 的电阻分压器来设置) 不被超过。另外，LTC4000 还提供了输入电流和充电电流监视引脚 (分别为 IIMON 和 IBMON 引脚)。 图 2：LTC4000 方框图 灵活的演示电路 凌力尔特的演示电路 DC1721A-A 是一个 14.6V、5A 电池充电器和电源通路管理器，采用了输入范围为 6V 至 36V 的降压-升压型转换器，该转换器采用 LTC4000 / LTC3789，针对 4 节 LiFePO4 电池应用。参见图 3 的系统方框图。 图 3：采用 LTC4000 / LTC3789 演示电路板系统的方框图 这个演示电路板的输出专门为 Tenergy 的 10Ahr 电池而定制。其他电压可以通过改变外部电阻器来设定。利用微调电阻器可以准确地微调所希望的标称电压。设计该电路的目的是要说明在一个具智能电源通路 (PowerPath) 管理器的降压-升压型转换器电池充电器中使用这些器件能获得高性能水平、效率与小巧解决方案尺寸。 该电路以 400kHz 工作，在 6V 至 36V 的输入电压范围内，产生稳定的 5A/14.6V 电池充电器输出以及高达 6.25A 的系统输出，适用于种类繁多的便携式应用 (包括仪表、工业设备、电动工具和电脑)。该电路的总体占板面积为 12.4cm2 (如果仅用 LTC4000 电路，则为 3.6cm2)，从而能实现非常紧凑的解决方案 (参见图 4)。同步整流有助于在满负载和标称输入时获得超过 96% 的效率 (参见图 5). 图 4：DC1721A 演示电路板照片 (实际尺寸为 5.5 英寸 × 2.85 英寸) 图 5：DC1721A 从 VIN 至 VOUT_SYS 的效率 为了增加电路评估和仿真功能，不久将推出演示电路 DC1830，从而允许 LTC4000 电路板与采用其他兼容 DC/DC 转换器的独立评估电路板连接。 结论 LTC4000 是一款高压、大电流电池充电控制器和电源通路管理器，与任何外部补偿 (ITH/VC 引脚) 的 DC-DC 转换器相结合，可构成强大的电池充电和电源管理解决方案。该器件几乎与采用任何拓扑的开关都兼容，包括 (但不限于) 降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC 和反激式拓扑。LTC4000 的全功能控制器可为各种化学组成的电池充电，包括锂离子 / 聚合物 / 磷酸盐、密封铅酸和基于镍的电池。LTC4000 采用紧凑、扁平 (0.75mm) 的 28 引脚 4mm x 5mm QFN 封装，或者有引线的 28 引线 SSOP 封装。这极大地简化了一度非常困难的设计任务。  

美国伊利诺伊州立大学的科学家最近研制出一种用于制造电池的三维纳米结构，使电池在几分钟内即可快速完成充电。这一研究成果将大大缩短电动车、手机和笔记本电脑的充电时间。 研究人员表示，除了能够加快充电速度，这种电池还具有更强的蓄电能力。这两个特点对电动车、医疗和军用设备、激光的运用都至关重要。 伊利诺伊州立大学材料工程学教授保罗·布朗表示，利用三维纳米结构制成的电池具备电容器的功能，但是蓄电能力更强。 当电流通过，电容器的电极能形成电磁场。虽然这个电磁场能够蓄电以便之后释放出来，但是电容器的蓄电能力十分有限。鉴于电容器比电池具有优势，因此科学家们一直在尝试研发一种具有更强蓄电能力的电容器。而纳米技术将帮助他们实现这一目标。 布朗称：“多数电容器只能存储少量电能，但是释放电能较快。电池存储的电能较多，但是释放和吸收电能的速度缓慢。”而利用新的三维纳米结构制成的电池则兼具二者的优势。 布朗还表示，这种三维纳米结构不但能够用于制造锂电池，还可以用于制造镍电池。他还指出，任何电池材料都可以用这种结构制成。