電池快充技術(shù)解析

盡管提升電池容量可以顯著增加移動(dòng)設(shè)備的使用期限，然而更快的充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)則帶來(lái)了一系列設(shè)計(jì)困境。

在如今的移動(dòng)設(shè)備時(shí)代，電池續(xù)航時(shí)間已成為直接影響用戶(hù)體驗(yàn)的重要因素。雖然節(jié)能技術(shù)的引入對(duì)續(xù)航時(shí)間有所提升，但并不能完全解決問(wèn)題?？紤]到移動(dòng)設(shè)備功能的快速增長(zhǎng)和功率需求的提升，原始設(shè)備制造商（OEM）已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)提升電池容量來(lái)增長(zhǎng)電池使用期限。

在使用大電流充電時(shí)，必須確保充電和放電的安全性。當(dāng)充電電池是并聯(lián)的時(shí)，還需要對(duì)阻抗和初始容量的不匹配問(wèn)題保持警惕。

了解電池充電系統(tǒng)的關(guān)鍵組件即電量計(jì)和充電器的基礎(chǔ)知識(shí)，以及分區(qū)電量計(jì)的重要性，是實(shí)現(xiàn)電池快充的關(guān)鍵步驟。電量計(jì)可以在主機(jī)端或者電池組中進(jìn)行操作，它標(biāo)記了電池的充電狀態(tài)（SOC）、消耗時(shí)間以及充滿(mǎn)時(shí)間等指標(biāo)。

電量計(jì)在電池組中的優(yōu)點(diǎn)在于，它需要非易失性存儲(chǔ)器來(lái)儲(chǔ)存電池信息。Mosfet在電源路徑上監(jiān)控充電/放電電流，并防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

充電器前面的降壓轉(zhuǎn)換器可以調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而適應(yīng)高壓電源和大電流充電。這也最小化了電壓降，從而減料充電Mosfet的功耗。

電池組中電量計(jì)的安裝使電池智能化，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的充電模式和功能。例如，電量計(jì)可以在其非易失性存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存適合電池組電池的充電配置文件。這種方式可以從主機(jī)微控制器單元（MCU）中分離出充電操作，實(shí)現(xiàn)了MCU只需要管理來(lái)自電池組的ALRT信號(hào)，并根據(jù)接收到的警報(bào)類(lèi)型增減降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。

充電器對(duì)大電流的使用以實(shí)現(xiàn)快速充電必須由OEM保證其安全。因此，智能快速充電器必須監(jiān)控電池溫度、環(huán)境/室溫等多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，以便在安全和延長(zhǎng)電池壽命的基礎(chǔ)上，減少充電電流和/或降低終止電壓。

對(duì)于多個(gè)電池的并行充電，需要額外的管理。如果兩個(gè)電池電壓相差超過(guò)400mV，充電器必須防止交叉充電。僅在最低電池電量過(guò)低以至于無(wú)法支持系統(tǒng)負(fù)載的情況下，才可以在有限的時(shí)間內(nèi)交叉充電。

在電池充電過(guò)程中，將更大的電流推向電池必然會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)墓芾泶胧姵乜赡軙?huì)過(guò)熱，甚至在最壞的情況下，可能會(huì)發(fā)生熱失控反應(yīng)，從而導(dǎo)致電池爆炸。

增加熱量是充電電流增加的一個(gè)副作用，因此必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒峁芾?。防止電池過(guò)熱的最簡(jiǎn)單的方式是減少充電電流，但這會(huì)延長(zhǎng)電池的充電時(shí)間。這就是理想（快速充電）和現(xiàn)實(shí)（安全和維持電池壽命）之間的權(quán)衡。

另一種管理電池?zé)崃康姆椒ㄊ黔h(huán)境熱休克補(bǔ)償，這種方法根據(jù)周?chē)h(huán)境溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整電池充電電流。它需要支持補(bǔ)償功能的充電器和能夠提供實(shí)時(shí)環(huán)境溫度反饋的傳感器。隨著環(huán)境溫度的升高，充電器可以減小電池充電電流，從而減少熱量的產(chǎn)生。這種方法可以在適當(dāng)?shù)碾娏髡{(diào)整下，保持電池在更安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。

然而，在實(shí)施這些熱管理策略時(shí)，設(shè)計(jì)人員同時(shí)也必須考慮到電池的充電效率。這不僅包括電池接收到的實(shí)際能量，還包括充電電流和電池電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)整，以?xún)?yōu)化充電過(guò)程并防止過(guò)度充電。

為了實(shí)現(xiàn)電池的快速充電，充電器需要提供大電流，而電池需要能夠安全地接受這些大電流。電池瞬態(tài)回應(yīng)優(yōu)化（BTO）是一種處理這個(gè)挑戰(zhàn)的方法。使用這種方法，當(dāng)電池電壓達(dá)到某一特定閾值時(shí)，充電器可以瞬時(shí)減小電流供給，使電壓回落。然后，充電器再逐漸增加電流，直到電壓再次達(dá)到這個(gè)閾值，然后再次減小電流。通過(guò)這種方式，電池充電過(guò)程中的電流供應(yīng)保持在電池的安全工作范圍內(nèi)。

到目前為止，電池快充的發(fā)展還處在快速迭代時(shí)期，電池快速充電實(shí)施面臨諸多挑戰(zhàn)，這包括設(shè)計(jì)靈活的充電系統(tǒng)，實(shí)施有效的熱量管理策略，優(yōu)化充電效率，保證電池的安全工作范圍等等。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我們需要深入理解電池系統(tǒng)的工作原理，并掌握一系列的電池管理技術(shù)。