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无论哪种情况，设备都需要能够适应更高电池电压并在瞬态事件期间承受更高输入电压的充电器解决方案。
充电器基础知识
图2.通用同步整流降压充电器。
尽管铅酸电池、锂离子电池和超级电容器都是储能器件，但它们具有非常独特的充电/放电特性。我们将研究这些特性，并讨论每个特性的充电解决方案。良好的电池充电器可提供电池性能和耐用性，尤其是在不利条件下充电时。
铅酸电池充电器
铅酸是现存最古老的可充电电池，由法国医生加斯顿·普兰特于 1859 年发明。2一百五十年后，它仍然广泛用于汽车、轮椅、踏板车、电动自行车、高尔夫球车和 UPS 系统。
铅酸电池必须缓慢充电。典型的充电时间为 8 到 16 小时。电池必须始终以充电状态存储，并且定期完全饱和充电对于防止硫酸盐化至关重要。通常的做法是在大约 70 小时内将铅酸电池充电至 8%，再用 8 小时进行最重要的吸收充电。如果铅酸偶尔收到完全饱和的电荷以防止硫酸化，则部分充电是可以的。长时间将电池置于浮充状态不会造成损坏。
找到理想的充电电压限值至关重要。高电压（高于2.45 V/节）可产生良好的电池性能，但由于正极板上的网格腐蚀而缩短了使用寿命。低电压限制受负极板上硫酸盐化的影响。温度也会影响电池电压，典型值为 –5 mV/°C（每节电池每 0°F 028.10 V）。3一个好的充电器必须补偿这个温度系数，以避免电池在热时过度充电或在冷时充电不足。
图 4a. MAX17702 铅酸充电周期
图 4b. MAX17702 充电效率
铅酸电池能量密度低，不适合便携式设备。这就是锂基电池发挥作用的地方。
锂离子电池充电器
锂离子电池因其重量轻和高能量密度而成为便携式应用、重工业、电动动力总成和卫星的普遍接受的电池。
为了防止过放电，内置电池保护电路使电池进入睡眠状态。当将电池存放在放电状态下时，会发生这种情况，在该状态下，自放电会将电压带到截止点。普通充电器将此类电池视为无法使用，并且电池组经常被丢弃。先进的锂离子电池充电器包括唤醒功能或“预充电”，以便在锂离子电池因过度放电而入睡时进行充电。在预充电模式下，充电器施加小充电电流，将电压安全地提高到 2.2 V/节和 2.9 V/节之间，以激活保护电路，此时开始正常充电。
在正常充电期间，锂离子充电器在恒流恒压 （CCCV） 下运行。充电电流是恒定的，当达到设定的限值时，电压被封顶。达到电压限制时，电池饱和;电流下降，直到电池无法再接受进一步充电并且充电终止。每个电池都有自己的低电流阈值。
锂离子电池在充电时应始终保持凉爽。锂离子不能吸收过充电。因此，监测电池温度及其充电电压以确保电池健康和安全非常重要。一个好的充电器必须包括这些功能。
图5显示了一个高级锂离子电池充电器的示例。MAX17703为高效率、高电压、同步、降压充电器控制器，设计工作在4.5 V至60 V宽输入电压范围。该器件为多达 12 个锂离子电池组提供完整的充电解决方案。
图5.先进的高压锂离子电池充电器电路。
超级电容器充电器
超级电容器越来越多地用于各种应用，这要归功于它们相对于电池的独特优势。超级电容器基于静电原理工作，没有化学反应，避免了与电池化学存储相关的寿命问题。它们的高耐用性允许数百万次充电/放电循环，使用寿命长达 20 年，比电池高一个数量级。它们的低阻抗可在几秒钟内实现快速充电和放电。这一点，再加上它们在长时间内保持电荷的适度能力，使超级电容器成为需要短充电和放电周期的应用的理想选择。它们还与电池并联使用，用于在负载转换期间需要瞬时功率输送峰值的应用中。
图7.超级电容器高电压、大电流充电器。
结论
铅酸电池、锂基电池和超级电容器都是具有非常独特的充电/放电特性的储能设备，需要专用充电器才能获得最佳充电解决方案。先进的电池充电器还提供足够的保护，以提供电池性能和耐用性，尤其是在不利条件下充电时。这些在较新的充电器解决方案中也得到了解决。
审核编辑：郭婷
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