鋰離子電池太陽能充電器設計技巧

充電終止

鋰離子電池充電要求對電池實施精確的電流和電壓控制，以確保電池電量充滿，防止縮短電池使用壽命，并防止在充電期間出現危險狀態(tài)。鋰離子電池充電的常見過程（請參見圖 3）可分為如下三個階段：預穩(wěn)壓、恒定電流充電和恒定電壓充電。

圖 3 鋰離子電池充電不同階段的電池電壓和電流曲線圖

在預穩(wěn)壓階段，利用 0.1C 恒定電流（通常情況）對電池充電，以使電池電壓緩慢上升至 2.5V 左右。該階段僅用于深度放電的電池。一旦電池電壓上升至 ~2.5V 以上，則使用恒定電流充電。在恒定電流充電階段，利用 1C 恒定電流（通常情況）對電池充電，直到電池電壓達到 ~4.2V。一旦電池電壓達到 ~4.2V，則使用 4.2V 恒定電壓對電池充電。在這一階段，需對進入電池的電流情況進行監(jiān)控。當電池電流降至 0.1C 時，充電終止。在恒定電壓充電階段，進入電池的電流會減少，原因是電池充滿時電池阻抗增加。一旦電流減少至 0.1C 以下，充電源必須完全從電源斷開。如果未徹底斷開，會出現金屬鋰電鍍現象，讓電池變得不穩(wěn)定，從而出現危險狀態(tài)。我們必須根據進入電源的電流情況來終止鋰離子電池充電，以保證電池剛好充滿至其最大電量。

使用太陽能充電的充電器必須遵循上述充電過程。問題大多會出現在對電池電流進行監(jiān)控的恒定電壓充電階段。進入到電池的電流可能會減少，但不是因為電池電量的增加，而是因為光照環(huán)境變化帶來太陽能板輸出的降低。因此，電池可能永遠也不會充滿至其最大電量，而且太陽能板可能會一直連接電池。要想解決這個問題，我們可以使用一個長時恒定計時器。計時結束時，太陽能板便從充電器斷開，而不用考慮電池電量情況，這樣便可以防止電池損壞。

太陽能電池板崩潰保護

在一些傳統(tǒng)的充電器中，我們預先知道電源的電流和電壓大小。因此，充電器電路專門為電源規(guī)定范圍內運行而設計。使用太陽能電池板輸出時，電流大小和開路電壓都是動態(tài)的，其取決于周圍的環(huán)境。所以，相比墻上電源適配器，為太陽能充電器設計控制環(huán)路要更有挑戰(zhàn)性一些。

利用太陽能進行鋰離子電池充電的系統(tǒng)，在努力維持鋰離子電池充電過程的同時，還要不能讓太陽能板出現意外崩潰現象。因為如果太陽能板電壓急劇下降，就無法從太陽能板獲得有用的電能。在恒定電流充電階段出現太陽能板崩潰的機率較大。在這一階段，太陽能板可能無法提供電池充電所需的電流。當出現這種情況時，太陽能板電壓開始迅速崩潰。因此，充電器必須能夠檢測到太陽能板電壓的快速下降，并立即減少從太陽能板獲取電流，從而防止太陽能板崩潰。

總結

太陽能充電器可以為鋰離子電池提供一種移動的、有益環(huán)境的充電方法。在進行太陽能充電器設計時，會遇到許多在進行墻上電源適配器充電器設計時所碰不到的問題。如果設計人員開動腦筋，便可以設計出一些能夠使用太陽能、USB和墻上電源適配器輸入的充電器，實現對鋰離子電池的完美充電。