锂离子电池太阳能充电器设计技巧

充电终止

锂离子电池充电要求对电池实施精确的电流和电压控制，以确保电池电量充满，防止缩短电池使用寿命，并防止在充电期间出现危险状态。锂离子电池充电的常见过程（请参见图 3）可分为如下三个阶段：预稳压、恒定电流充电和恒定电压充电。

图 3 锂离子电池充电不同阶段的电池电压和电流曲线图

在预稳压阶段，利用 0.1C 恒定电流（通常情况）对电池充电，以使电池电压缓慢上升至 2.5V 左右。该阶段仅用于深度放电的电池。一旦电池电压上升至 ~2.5V 以上，则使用恒定电流充电。在恒定电流充电阶段，利用 1C 恒定电流（通常情况）对电池充电，直到电池电压达到 ~4.2V。一旦电池电压达到 ~4.2V，则使用 4.2V 恒定电压对电池充电。在这一阶段，需对进入电池的电流情况进行监控。当电池电流降至 0.1C 时，充电终止。在恒定电压充电阶段，进入电池的电流会减少，原因是电池充满时电池阻抗增加。一旦电流减少至 0.1C 以下，充电源必须完全从电源断开。如果未彻底断开，会出现金属锂电镀现象，让电池变得不稳定，从而出现危险状态。我们必须根据进入电源的电流情况来终止锂离子电池充电，以保证电池刚好充满至其最大电量。

使用太阳能充电的充电器必须遵循上述充电过程。问题大多会出现在对电池电流进行监控的恒定电压充电阶段。进入到电池的电流可能会减少，但不是因为电池电量的增加，而是因为光照环境变化带来太阳能板输出的降低。因此，电池可能永远也不会充满至其最大电量，而且太阳能板可能会一直连接电池。要想解决这个问题，我们可以使用一个长时恒定计时器。计时结束时，太阳能板便从充电器断开，而不用考虑电池电量情况，这样便可以防止电池损坏。

太阳能电池板崩溃保护

在一些传统的充电器中，我们预先知道电源的电流和电压大小。因此，充电器电路专门为电源规定范围内运行而设计。使用太阳能电池板输出时，电流大小和开路电压都是动态的，其取决于周围的环境。所以，相比墙上电源适配器，为太阳能充电器设计控制环路要更有挑战性一些。

利用太阳能进行锂离子电池充电的系统，在努力维持锂离子电池充电过程的同时，还要不能让太阳能板出现意外崩溃现象。因为如果太阳能板电压急剧下降，就无法从太阳能板获得有用的电能。在恒定电流充电阶段出现太阳能板崩溃的机率较大。在这一阶段，太阳能板可能无法提供电池充电所需的电流。当出现这种情况时，太阳能板电压开始迅速崩溃。因此，充电器必须能够检测到太阳能板电压的快速下降，并立即减少从太阳能板获取电流，从而防止太阳能板崩溃。

总结

太阳能充电器可以为锂离子电池提供一种移动的、有益环境的充电方法。在进行太阳能充电器设计时，会遇到许多在进行墙上电源适配器充电器设计时所碰不到的问题。如果设计人员开动脑筋，便可以设计出一些能够使用太阳能、USB和墙上电源适配器输入的充电器，实现对锂离子电池的完美充电。