【導(dǎo)讀】目前，快速充電方案被廣泛應(yīng)用在手機(jī)市場(chǎng)中。主流方案有基于處理器廠家高通平臺(tái)的QC2.0/3.0，和即將應(yīng)用的4.0標(biāo)準(zhǔn)，MTK的Pump Express標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商的閃充。QC快充方案使用了高壓輸入的提高功率，可以在提高輸入功率的同時(shí)使用低電流的線纜。
閃充技術(shù)需要定制大電流的線纜配合，共同點(diǎn)都是應(yīng)用在單節(jié)鋰電池的產(chǎn)品上并不能應(yīng)用在雙節(jié)串聯(lián)鋰電池的快速充電場(chǎng)合。雙節(jié)串聯(lián)的鋰電池的典型滿充電壓達(dá)到8.4-8.8V，應(yīng)用在對(duì)講機(jī)、 POS機(jī)等終端產(chǎn)品上。 TI針對(duì)多節(jié)電池的充電方案產(chǎn)品十分豐富，BQ24725A就是一款支持大電流的支持SMBus通信的充電控制器。BQ24725A輸出電壓支持到最高19.2V，充電電流最大支持到8A以上，輸出電壓精度控制達(dá)到0.5%。
使用類(lèi)似BQ4725A這類(lèi)集成的充電管理芯片方案對(duì)鋰電池充電其實(shí)十分簡(jiǎn)單。鋰電池直接連接到充電控制芯片BQ24725A的BAT管腳上，配置充電控制芯片的Charge Voltge，Charge Current，以及保護(hù)功能的Input Current Limit，使能充電功能即可。Charge Voltage（VCHG）是電芯的最大滿充電壓，Charge Current (ICHG) 是電芯允許的最大充電電流。典型的鋰電池充電特性如下圖所示，分為CC(Constant current)和CV(Constant Voltage) 兩個(gè)階段。CC階段恒定以最大充電電流持續(xù)對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)單位時(shí)間充入電池的電量是恒定的Q=ICHG*T。隨著電池充入電量越來(lái)越多，電池電壓會(huì)上升，當(dāng)電壓上升到最大滿充電壓時(shí)候，充電芯片將控制輸出電壓為恒定的最大滿充電壓，此時(shí)電流開(kāi)始逐漸減小，充入電量的增加速度慢慢減慢，總充入電量仍然在增加。直到電流減小到截止電流點(diǎn)，充電芯片停止充電，鋰電池達(dá)到充滿狀態(tài)。
基于這個(gè)管理過(guò)程，使用充電芯片BQ24725A對(duì)一塊對(duì)講機(jī)電池（滿充電壓8.8V）進(jìn)行充電，并記錄下充電過(guò)程中的VCHG, ICHG和VCELL(電芯側(cè)的電壓)。下圖所示為基于橫坐標(biāo)的充電時(shí)間（分鐘）對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)，可以看到在不到第五分鐘，VCHG就達(dá)到最大值，ICHG就從峰值的4A電流開(kāi)始下降，經(jīng)歷了從CC區(qū)間到CV區(qū)間的切換。最大充電速率的CC階段4A充電持續(xù)時(shí)間很短，可以預(yù)料，如果要對(duì)這塊電池完全充滿，CV區(qū)間將耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。
通過(guò)對(duì)充電曲線的分析會(huì)發(fā)現(xiàn)，充電管理芯片的輸出電壓VCHG和電芯的電壓VCELL之間存在壓差，導(dǎo)致VCHG達(dá)到最大電壓8.8V時(shí)候，VCELL還沒(méi)有達(dá)到8.0V，這部分的壓差可能是充電端到電芯端的阻抗導(dǎo)致的，比如充電器PCB，電池保護(hù)板阻抗。另外在對(duì)講機(jī)行業(yè)普遍使用可插拔的電池，電池分離充電時(shí)候，觸點(diǎn)和充電座彈片的接觸情況也會(huì)導(dǎo)致阻抗不確定性。
通過(guò)引入電量計(jì)芯片配合充電芯片的控制，可以彌補(bǔ)VCHG到VCELL的電壓差。電量計(jì)芯片除了提供電量功能，還采集了電池的電芯電壓參數(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)電量計(jì)芯片中的電芯電壓VCELL采樣結(jié)果，根據(jù)VCELL電壓是否達(dá)到最大滿充電壓來(lái)決定是否提高充電芯片的VCHG，維持電池的CC充電狀態(tài)。直到VCELL達(dá)到最大滿充電壓8.8V進(jìn)入CV區(qū)間，停止提高VCHG，并根據(jù)VCELL的繼續(xù)升高趨勢(shì)而調(diào)低VCHG，維持VCELL在8.8V的最大電壓，保護(hù)電池。通過(guò)讀取VCELL電壓配合變化的VCHG可以達(dá)到快速智能的充電管理過(guò)程。
配合電量計(jì)芯片BQ28Z610，在BQ24725A的評(píng)估版上對(duì)雙節(jié)8.8V的對(duì)講機(jī)電池的第二次充電測(cè)試，記錄曲線如下圖所示，CC階段4A持續(xù)充電時(shí)間達(dá)到41分鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)過(guò)前一次測(cè)試的普通的充電方案。
基于兩種充電方案的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，利用BQ28z610的電量計(jì)芯片和雙節(jié)電池的充電控制芯片BQ24725A實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙節(jié)鋰電池的快速智能充電。BQ28z610還可以提供電芯的實(shí)時(shí)電壓，溫度，電流等參數(shù)給管理充電控制的MCU， MCU根據(jù)實(shí)時(shí)參數(shù)來(lái)調(diào)整BQ24725A的充電電壓，電流，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)安全的閉環(huán)調(diào)整，既能保證電芯的安全充電，又可以最大程度的延長(zhǎng)恒流充電的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速充電。
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