1.2 二次电池的充电方法与充电器

1.2.1 二次电池的充电方法

可以使用不同的充电方法对二次电池进行充电，在选择最适合的充电方法时，应考虑二次电池的使用频率、放电倍率、用途等。

1.恒流源

（1）恒流充电

二次电池充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需要采用一个直流恒流源，即恒流充电器，当采用恒流充电时，可使二次电池具有高的充电效率。可以很方便地根据充电时间决定充电是否中止，也可改变二次电池的数目。恒流源充电电路如图1-1所示。

图1-1 恒流源充电电路

（2）准恒流充电

准恒流充电电路如图1-2所示，在此种电路中，通过在直流电源和二次电池之间串联上一个电阻，增加电路内阻产生恒定电流。电阻值根据充电末期的电流进行调整，使电流不会超过二次电池的允许值。由于电路简单，成本低廉，此种充电电路被广泛应用在充电器中。对同时具有交流和直流电源电路的电器设备不需要额外的充电器，而是采用电器设备内的直流电路对二次电池进行充电。

图1-2 准恒流充电电路

2.恒压充电

恒压充电电路如图1-3所示，当对二次电池进行充电时，二次电池两端的电压决定了充电电流。在这种充电方式下，充电初期电流较大，充电末期电流会变小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流应设置在充电电压最高时为充电电流的最大值，以免使二次电池过充电。

图1-3 恒压充电电路

另外，在此种充电方式中，充电末期充电电压在达到峰值后会下降。二次电池的充电电流变大，将导致二次电池温度的升高。随着二次电池温度的升高，电压下降，造成二次电池的热失控，将损害二次电池的性能。因此，不推荐采用恒压充电方式。

3.浮充方式

在浮充方式中，二次电池以很小的电流（C/30～C/20）进行充电，以使二次电池保持在满充状态。浮充方式广泛应用于二次电池作为备用电源或应急电源的电器设备中，浮充方式充电电路如图1-4所示。

图1-4 浮充方式充电电路

4.涓充方式

二次电池与负载并联，同时二次电池与直流电源（充电器）相连。在正常情况下，直流电源为负载的工作电源，并以涓充方式为二次电池充电，只有当负载变得很大、直流电源端电压低于二次电池端电压或直流电源停止供电后，二次电池才对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定，它通常用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合，涓充方式充电电路如图1-5所示。

图1-5 涓充方式充电电路

5.阶段充电方式

在阶段充电方式中，二次电池在充电初始阶段的充电电流较高。当二次电池电压达到控制点时，二次电池转为以涓流方式充电。阶段充电方式是二次电池最理想的充电方法，但缺点是充电电路复杂和成本较高。另外，需增设控制点的二次电池电压的监测电路，分阶段充电电路如图1-6所示。

图1-6 分阶段充电电路

6.通过太阳能给电池充电

通过太阳能给二次电池充电电路如图1-7所示，这种充电方式的充电电路是最简单的。采用太阳电池将光能转换为电能，通过单向二极管给二次电池充电，可获得较高的充电效率。若户外温度变化很大，将对太阳能充电电路工作特性产生影响，太阳能充电电路应设有温度变化范围控制电路。

图1-7 通过太阳能给二次电池充电电路

太阳电池的输出电流受每天日照时间和气候变化的影响，图1-8给出太阳电池的输出电流与每天时间的关系曲线。当天气为云雾天、多雨天时，太阳电池转换效率下降，二次电池充电不充分。当日照充分（晴天中午）时，太阳电池转换效率最高，二次电池可能过充电。为此在太阳电池选择时，需考虑在日照充分时，太阳电池的最大输出电流不超二次电池允许的最大充电电流。

图1-8 太阳电池的输出电流与每天时间的关系曲线

7.快速充电

在用大电流短时间对二次电池进行充电时，需采用二次电池电压检测和控制电路。该电路在二次电池充电末期，实时检测二次电池电压和电池温度，并根据检测参数控制充电过程。二次电池在采用大电流充电时，在充电末期检测二次电池电压，当二次电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电，采用小电流充电方式是为了保证二次电池的充电容量。控制电路设置的充电截至电压必须要比充电峰值电压低。

（1）-ΔV检测

通过检测二次电池充电末期的电压降-ΔV进行控制的电路图如图1-9所示。当充电峰值电压确定后，当-ΔV检测电路检测的电压降值达到设定值后，控制电路使大电流充电电路分断。

（2）电池温度检测

二次电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使二次电池温度升高。由于二次电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在二次电池外壳设置温度传感器或热电阻等温度检测元件。当二次电池的温度达到设定值，二次电池充电电流被切断，图1-10所示的为二次电池温度检测简图。

图1-9 -ΔV控制电路图

图1-10 二次电池温度检测简图

8.内置保护电路

在充电器电路中设置防止二次电池在不安全情况下充电的保护，例如充电器在不同的充电周期时，充电器要消耗一定的能量，因而导致充电器的温度升高。因此，充电器设有热停机保护，在超过充电器内部IC结温时禁止充电。充电器的外部电源主要是汽车电池适配器或者墙面式交流电适配器，在外部电源低于充电器的门限电压时，充电器的低电压锁定电路将终止对二次电池充电。如果外部电源电压高于充电器的门限电压时，为了防止二次电池因充电电压过高而损坏，充电器的过电压锁定电路将终止对二次电池充电。

为了防止二次电池通过充电器自身放电，充电器设有反向电流保护电路。新型的集成化锂离子电池充电器都设有内部反向电流保护电路，为此在充电器的外部电路不需要设置肖特基二极管。

充电器中的电压、电流闭环控制电路的响应时间缓慢，将使充电器工作不稳定，例如，如果二次电池在充电周期中被无意或故意拔掉，容易引起充电器电路振荡。新型的充电器IC具有防止充电器电路不稳定功能，在充电过程中，通过检测二次电池与充电器的连接状态，当二次电池与充电器的连接为分断状态，通过加速充电器控制系统的频率响应来抑制充电电路发生振荡。