本文探討了如何保證準確和可重復的電池充電電平所需要的檢流電阻特性，以及WSL Power Metal Strip電阻如何滿足這些性能指標
智能鋰離子充電電池具有高能量密度、高輸出電壓和長使用壽命的優(yōu)點，筆記本電腦、平板電腦、智能手機和其他便攜式電子產(chǎn)品對這類電池的需求與日俱增。在這些應用中，準確的充電測量是一個關鍵點，能夠限制充電應力，在快速充電過程中始終保持電池的良好狀態(tài)。
本文以Vishay Intertechnology, Inc.公司的WSL Power Metal Strip檢流電阻說明了如何應對保持鋰離子充電電池的高性能過程中所遇到的挑戰(zhàn)。本文探討了如何保證準確和可重復的電池充電電平所需要的檢流電阻特性，以及WSL Power Metal Strip電阻如何滿足這些性能指標，在整個溫度和功率范圍內(nèi)精確和穩(wěn)定地測量電流。
智能鋰離子可充電電池
在筆記本電腦、平板電腦、手機和其它便攜電子設備中，對智能鋰離子可充電電池的需求持續(xù)增長，因為它們具有高能量密度（與鎳氫電池相比，大約是其容量的 1.5 倍，其重量的 2.0 倍）、高輸出電壓（3 V 到 4 V）、長周期壽命和低自放電率（每月大約 5 %到 10%）。
然而，為了確保智能鋰離子可充電電池的性能，必須考慮三個固有的難點。首先，強電流放電會降低性能；即可用能量將會下降到 90%，有時會到達額定能量的 50%。其次，高內(nèi)部阻抗可能會導致電壓下降，從而難以高效利用預期的勢能。最后，所需的恒流和恒壓電荷難以控制。為了解決這些困難，人們已經(jīng)利用電阻元件開發(fā)出了各種不同的智能電子充電器和監(jiān)控電路。
感應電阻：一般應用
針對電池充放電活動的精準測定，設計人員需要極為穩(wěn)定和精確的感應電阻器，它應當具有如下特點：
• 極低的歐姆值：為了將能量損耗降到最低，所需的歐姆值必須低于 100 m。Power Metal Strip電阻值可以降低到 0.2 m。
• 緊密公差：為了將智能鋰離子可充電電池的總精確度維持在+1 %、將總可用功率容量維持在-0 %，采樣電阻的公差必須保持在± 1 %或更加嚴格的水平。
• 低溫度系數(shù)(TCR)：低溫度系數(shù)(TCR)是將測量誤差降至最低的必要條件。這個數(shù)值受到兩種熱源的影響：環(huán)境溫度， 以及由于電流消耗電力導致的自發(fā)熱。隨著電池容量增加，充電電流也會增大以達到相同的全容量，或縮短時間。隨著充電電流提高，低 TCR 成為必要條件。一般而言，由于自發(fā)熱產(chǎn)生的 R 最大值必須低于 100 ppm，環(huán)境溫度介于 0 °C 至+40 °C。因此，需要低 TCR 電阻支持電流感應。參見表 1 的 TCR 對比。
• 低熱電動勢：在待機模式下，筆記本電腦或智能手機需要 50 mA 到 100 mA 的電流運行其 DRAM、CPU、無線和蜂窩電路。因此，在待機模式下，相比電壓產(chǎn)生的輸出電流的終端熱電動勢，采樣電阻的熱電動勢(EMF)必須更低。
應用 – 電阻值
為了將功率損耗和充電時間降至最低，將互聯(lián)化設備的智能鋰離子可充電電池勢能效率最大化，采樣電阻的歐姆值必須盡可能接近于零。然而，這種理想條件是無法實現(xiàn)的，因為微型計算機有限的分辨率需要在采樣電阻的終端之間達到特定的電壓水平。
決定微型計算機分辨率的關鍵因素是它的
半導體噪聲和偏移電壓。在各種微型計算機中所使用的典型電阻值包括100 m、50 m、20 m、10 m 甚至更低。目前Vishay Dale Power Metal Strip WSLP、WSLP3921、5931、WSR5和WSHM系列產(chǎn)品都提供了高額定功率和低至0.2 m的極低電阻值（低至 0.2 m）。這可以節(jié)省安裝成本和空間，并改善了智能鋰離子可充電電池的平均故障間隔時間(MTBF)。
通過對比，需要四到六個傳統(tǒng)金屬陶瓷芯片才能獲得極低的歐姆值。采用傳統(tǒng)的薄膜芯片，由于低功率容量，至少需要兩個芯片。此外，使用并聯(lián)電阻測量電流并不如單個電阻準確，因為在分支電路之間可能存在微小的電阻不平衡，導致測量電路中的電流流動。
圖1：POWER METAL STRIP的TCR 性能。
應用的測量精度
電池容量持續(xù)增長，但維持或降低充電時間需要提高充電電流。更高的充電電流可以提高鋰離子電池的壓力，而這會引起災難性故障或縮短周期壽命。更重要的是，它可以確保充電電路在溫度范圍內(nèi)的準確和穩(wěn)定，因為由公差、TCR 和熱電動勢導致的測量誤差會產(chǎn)生高出預期的充電率，從而提高電池故障的風險。部分設計人員建議總誤差分配應保持在< 1 %。
Power Metal Strip系列產(chǎn)品具有高額定功率，支持快速充電功能，低至 0.1 %的緊密度公差、低于 35 ppm 的電阻溫度系數(shù)和< 3 μV/°C 的熱電動勢。這些特點在整體溫度和功率范圍內(nèi)均可支持穩(wěn)定和精確的電流測量。
支持智能鋰離子可充電電池的微型計算機
微型計算機具有各種各樣的功能，以維護智能鋰離子可充電電池可用容量的準確記錄。
• 監(jiān)控采樣電阻的電壓降，將電池負極端子與接地串聯(lián)，以確定電池的充放電活動。
• 能夠準確補償電池溫度和充放電率以及自放電計算值，以提供各種運行條件下的可用容量信息
• 自動重新校準電池容量或查看放電過程中從充足電量到零的容量。
電池充電的順序首先是，恒定電流充電直到終端電壓達到4.1 V 或 4.2 V。然后，切換到恒定電壓充電模式，直到完全充電為止。在完全充電之后，必須立即停止。
圖2：高歐姆值提高充電時間，并導致較大的功率損耗。
（時間約30分鐘，R1 = 10 mΩ; R2 = 50 mΩ）
智能充電器電路
有兩種基本的智能充電器電路：
• 活動電位 – 傳統(tǒng)類型
當智能鋰離子可充電電池從設備取下時，終端之間的電位仍然是活躍的（圖3）。在誤用出現(xiàn)短路的情況下，由于異常的高放電電流，它們可能會受到嚴重損害。因此，智能鋰離子可充電電池需要保護電阻或熔斷電阻，切斷了異常的高電流。這得以阻止電路活動。
圖3：主動電位類型（傳統(tǒng)）。
從設備上取下時，終端之間的電位仍然是活躍的。因此，為了保護充電電路，使用了可以在高電流下燒壞的熔斷電阻。
• 非活動電位 – 高級類型
當智能鋰離子可充電電池從設備取下時，終端之間的電位為零（圖4）。因此，它們不可能發(fā)生電氣短路。
圖4：非活動電位類型（高級）。
從設備上取下時，終端之間的電位仍然為零。因此，這種情況使用了 Vishay Dale Power Metal Strip電阻。
作者：Masatake Nakazawa
Vishay Intertechnology, Inc.
免責聲明：本站所使用的字體和圖片文字等素材部分來源于互聯(lián)網(wǎng)共享平臺。如使用任何字體和圖片文字有冒犯其版權(quán)所有方的，皆為無意。如您是字體廠商、圖片文字廠商等版權(quán)方，且不允許本站使用您的字體和圖片文字等素材，請聯(lián)系我們，本站核實后將立即刪除！任何版權(quán)方從未通知聯(lián)系本站管理者停止使用，并索要賠償或上訴法院的，均視為新型網(wǎng)絡碰瓷及敲詐勒索，將不予任何的法律和經(jīng)濟賠償！敬請諒解！
粵公網(wǎng)安備 44030402000264號
