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本文通过简述目前在移动终端上对3种锂离子电池充电模式(恒流恒压法/恒流-改进恒压法/脉冲法)的定义,并实测3种模式下对同一块容量的电池进行充电,对充电数据进行比较分析. 旨在解释3种模式的充电设计思路以及它们之间的差异.
正文:
虽然这个话题看上去很老, 很多人都知道锂离子电池充电是采用恒流恒压的模式.
但是这里面还是有值得探讨的地方.
首先给出通常移动终端的电源管理拓扑图:
PM-IC及其周边电路从电源适配器(AC adaptor)获得电流, 对电池进行充电.以及对系统进行供电管理.
这里不讨论PMIC的其他功能, 仅讨论PMIC的充电管理模式.
模式一、恒流恒压法
这是最常规的锂离子电池充电模式，也是算法最简单的一种模式，甚至不需要进行额外的运算判断，只需要在硬件上设定一个恒压限流电路（比如万能充电器）即可对所有锂离子电池充电。
以下图例为对一块标称700mAh（实测容量为720mAh）的电池， 以500mA的恒流充电，4.2V恒压充电的实测数 据
设定进入恒压段后， 以50mA的截止电流进行充电终止判定。 整个充电过程持续2.5个小时。
这里提出几个观点：
1.锂离子电池在开路的时候电池电压为4.20V时为100％充饱。
因为锂离子电池存在不可避免的内阻，充电的时候会产生额外的电压上升。所以为了可控的充饱电池，常规方法就是通过保持恒压4.20V并逐渐减少充电电流来慢慢将电池充饱。理论上充电电流减少到0mA时才是100％充饱，但是考虑到实际使用，通常设定10％最大恒流（图中为50mA）进行充饱判定即可。
2.锂离子电池的过充是发生在其充电量达到100％后的继续充电，而不是看其在充电的时候电池电压是否超过4.2V。这个观点对下面的其他两个模式有决定性的价值。
3.恒流恒压模式通常情况下在恒压段的时间要长于恒流段的时间， 导致充电时效性很低。
模式二： 恒流－改进恒压法
根据：上一段的几个观点， 引入改进恒压充电方法。 因为充电电流和电池内阻这两个值是可预设的。
所以在充电过程中，到达4.20V电压后，适当提升充电电压（其值大小约为充电电流×电池内阻），在这个电压下充电，是可以保证电池不会发生过充，又能延长恒流充电阶段，提高充电的实效性。
图例：（仍然是对这块700mAh的电池）
可以看到，在电池电压超过4.20V后，充电管理并没有切入到恒流模式，而是继续保持恒流。直到4.28V后才逐渐减少充电电流，依据4.20V＋充电电流×电池内阻这个电压压控制模式来控制电流。并最终在50mA的情况下接近4.20V的电池电压。
整个充电过程持续2.0小时，比模式一缩短了0.5小时。其原因是以保证不过充的情况下提升充电电压来加快充电的过程，即尽可能的保持最大允许充电电流）
模式三：脉冲法
以上两种模式都是连续的电流对电池进行充电，如果采用脉冲的模式，虽然最大电流没有减小，但是因为占空比的变化，也可以达到控制电流的目的。如图:
上述两张截图，虽然充电充电器的输出电流都是500mA，但是通过改变脉冲宽度，有效平均电流分别变为465mA和171mA。
并且，在脉冲的间隙，即在充电电流为零的波谷时间段里面来测量电池的电压(电池的开路电压)，可以避开因充电电流在电池内阻上引起的额外升压,就可以准确获得电池的真实电压, 继而获得电池的准确电量信息.
如图：
上图中可以测得电池开路电压为4.13V，离充饱还有一定的电量。虽然其平均电压已经超过4.24V，甚至峰值电压超过4.30V，但是电池仍然没有充饱，可以继续冲。
给出一张全阶段的脉冲法充电图（仍然针对700mAh的电池，充电电流恒流为500mA）
整个充电过程仅耗时1.6个小时。
比较和讨论
横向比较上面三种模式， 给出一份充电时间比较图和对比表
| 恒流－恒压 | 恒流－改进恒压 | 脉冲 | |
| 充饱时间 | 2.5小时 | 2小时 | 1.6小时 |
| 全速率充电时间（拐点） | 1小时(40%) | 1.2小时(60%) | 1.3小时(81.3%) |
| 恒流（大电流）充电量比重 | 69％ | 80％ | 88％ |
充电时间系数:  充电时间*恒流值/电池容量 | 1.74 | 1.38 | 1.11 |
可见, 以怎样的设计思路用最快的速度接近100%充电电量而又不发生过充, 决定了这三种方式的充电速度快慢.
综合其他, 脉冲模式除了可以有效的缩短锂离子电池的充电时间这个显著的优点外， 还有如下优点：
－降低充电管理电路上的功率耗散，
－降低充电IC的发热量
－提高充电效率
－对适配器的空载电压适应性提高，5～10V的充电器均能使用，只要适配器有限流输出能力即可。
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以上所述适用单锂离子电池模式工作的移动终端。目前，大多数移动终端的电源管理已经采用脉冲法充电模式。
末了, 给出充电时间估算公式. 仅用于用户粗略的估算.
1.恒流恒压法充电时间约为:电池容量值/充电器输出电流X1.5
此方法适用于座充.
2.脉冲法充电时间约为:电池容量值/充电器输出电流X1.1
此方法适用于能提供脉冲法充电的手机直冲.
2010/01/24 gumphe
