利用電量計芯片實現(xiàn)雙節(jié)串聯(lián)鋰電池的快速智能充電

目前的快速充電方案，在手機市場中有廣泛的應(yīng)用。主流方案有基于處理器廠家高通平臺的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)，國產(chǎn)手機廠商的閃充。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合。雙節(jié)串聯(lián)的鋰電池的典型滿充電壓達到8.4-8.8V，應(yīng)用在對講機、 POS機等終端產(chǎn)品上。 TI針對多節(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到0.5%。

使用類似BQ4725A這類集成的充電管理芯片方案對鋰電池充電其實十分簡單。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。分為CC(Constant current)和CV(Constant Voltage) 兩個階段。CC階段恒定以最大充電電流持續(xù)對電池進行充電，此時單位時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越多，電池電壓會上升，當(dāng)電壓上升到最大滿充電壓時候，充電芯片將控制輸出電壓為恒定的最大滿充電壓，此時電流開始逐漸減小，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，充電芯片停止充電，鋰電池達到充滿狀態(tài)。

基于這個管理過程，使用充電芯片BQ24725A對一塊對講機電池（滿充電壓8.8V）進行充電，并記錄下充電過程中的VCHG, ICHG和VCELL(電芯側(cè)的電壓)?；跈M坐標(biāo)的充電時間（分鐘）對應(yīng)的各個參數(shù)的變化趨勢，可以看到在不到第五分鐘，VCHG就達到最大值，ICHG就從峰值的4A電流開始下降，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)時間很短，可以預(yù)料，如果要對這塊電池完全充滿，CV區(qū)間將耗費很長的時間。

通過對充電曲線的分析會發(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達到最大電壓8.8V時候，VCELL還沒有達到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，電池保護板阻抗。另外在對講機行業(yè)普遍使用可插拔的電池，電池分離充電時候，觸點和充電座彈片的接觸情況也會導(dǎo)致阻抗不確定性。

通過引入電量計芯片配合充電芯片的控制，可以彌補VCHG到VCELL的電壓差。電量計芯片除了提供電量功能，還采集了電池的電芯電壓參數(shù)，通過實時訪問電量計芯片中的電芯電壓VCELL采樣結(jié)果，根據(jù)VCELL電壓是否達到最大滿充電壓來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達到最大滿充電壓8.8V進入CV區(qū)間，停止提高VCHG，并根據(jù)VCELL的繼續(xù)升高趨勢而調(diào)低VCHG，維持VCELL在8.8V的最大電壓，保護電池。通過讀取VCELL電壓配合變化的VCHG可以達到快速智能的充電管理過程。

配合電量計芯片BQ28Z610，在BQ24725A的評估版上對雙節(jié)8.8V的對講機電池的第二次充電測試，CC階段4A持續(xù)充電時間達到41分鐘，遠遠長過前一次測試的普通的充電方案。

基于兩種充電方案的測試結(jié)果對比，利用BQ28z610的電量計芯片和雙節(jié)電池的充電控制芯片BQ24725A實現(xiàn)了對雙節(jié)鋰電池的快速智能充電。BQ28z610還可以提供電芯的實時電壓，溫度，電流等參數(shù)給管理充電控制的MCU， MCU根據(jù)實時參數(shù)來調(diào)整BQ24725A的充電電壓，電流，實現(xiàn)實時安全的閉環(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恒流充電的時間，實現(xiàn)快速充電。

審核編輯：郭婷