电池的模拟线路

datuklo

各位大大，
小弟现在接了一个案子，是要设计一个测试线路来测试电池充电器。
我正头疼着如何模拟电池的特性，如何能够有效地测试constant current charging 和 constant voltage charging mode.?? 一定要用programmeable electronic load 么？

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首先，你的问题描述得很好 ，有来龙去脉，有讲是什么应用，遇到的问题，和你预设的答案， 让大家看了就明白，不会瞎猜你要做什么用的。
同样的问题， 较模糊的可能会只问："怎样做programmable electronic load ？"

可是还是要更多资料：
1。是什么电池？ Ni-CD/ Ni-MH/ Li-ion/ Li-Po/ SealLead Acid
2。是几volt的charger？ 电流最大是几大？（什么Range）
3。是自动还是手动测试？
4。那个电池充电器有任何显示吗？ LED/ LCD？
5。或你有什么可以在补充的。。。

让大家再建议你怎样做。

datuklo

1. 是Li-ion
2. 6 cell ，24.6V，max charging current 少于350mA
3. 自动测试
4. 电池充电器有LED显示。但不重要，主要是要确定CC 和CV mode 的特性。
5. 我现在是用Labview 做一个application, 电阻作dummy load, dummy load parallel 一个controlleable (RS232) 的power supply 来当作reference voltage, 最后由一个shunt resistor 来量流过dummy load 的电流再扣掉power supply 的supply current就是charging current. 不过这样只能测到有没有charhing 而已，不能确定CC 或CV 的特性，因为电流量都被dummy load 的阻抗限制了。想来想去好像只有用Programmeable electronic load.把它设成CV mode, 然后逐渐增加CV的电压，从而达到模拟电池被充电时电压逐步增加，又能测量实际流过的电流......但是Electronic load 不便宜叻！还有其他方法么？

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那个Li-ion charger， 是intelligent Charger 吗？

我帮你设计了一款， 下面是Block Diagram 示意图，你看点子可不可行，如可行，你又明白我在画什么，我们在继续讨论。

我们假设，当没电时， Li-ion的电压是22.2V （3.7V/cell）, 所以我们输入22.2V的模拟电压， 骗charger 有电池插入。

可以把Transistor 看成是electronic load， 它不受输入电压的高低影响，会继续恒流，恒流的大小， 受Vb的电压控制，base voltage 越大，  恒电流也大， 但输入电压再高 （charger output），恒电流也不会变。

这时，charger会对电池充电， 它会输出一个高过22.2V 的电压， charger的电流会完全流进electronic load, 因为D1 截止，没有电流从22.2V的模拟电压输出。
现在就变成CC mode， 你量到的电流就是Charging Current。

当Li-ion 要充满时， 电流会变很小 （1/10 C）， 是35mA吗？
要变成CV mode，我们改Vb 去较小的电压，  set恒电流去35mA，这时， charger voltage 会升高，在24.6V。这样就是CV mode。

你慢慢研究。。。希望你能明白。。。
CC mode condition



CV mode condition

datuklo

先谢谢你！
你是Ib来限制Ic对吗？
如果还有一个测试mode是当电池电压低过15V时的PRE-Charge mode, maximum charging current 是不超过100mA的时候，也是调试Ib么？
另外还有一个问题，如果我要做4个cavity同时测试的话，那4颗电晶体的hfe应该都会有少许差别，是否需要个别作微调呢？

datuklo

还有，你的simulation tool 很赞！！ 是什么名堂？？ 嘿嘿.....

datuklo

我有一个很大的疑问，依你的设计，你使用Vb电压来控制恒流的大小，这就是把electronic load 设成CC mode, 但是应该不能用CC mode 的load来测chager的CC mode吧！如果charger有故障，输出过高或过低的电流时，会弄死load或charger.....
是不是应该用CV mode的load来测charger的CC mode才对呢？CV mode的电压就是用来骗charger的电池电压，然后所量到的电流才是真正的从charger出来的CC？？

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你是Ib来限制Ic对吗？

不是，是Vb。
先明白这里Q2 Transistor的接法，它是接成common collector，而不是我们熟悉的Common emitter。
它就像Buffer， voltage follower，Vb输入几V，那Ve就有几V-Vbe。

它有1ohm的电阻在 Emitter，而E脚或1ohm电阻的电压永远是 Vb-0.6V。
那么：
如果你要0.1A的恒流，那Vb= IR + Vbe=(0.1A x 1ohm)+0.6= 0.7V
如果你要0.5A的恒流，那Vb= IR + Vbe=(0.5A x 1ohm)+0.6= 1.1V
如果你要 1A的恒流 ，那Vb= IR + Vbe=(1.0A x 1ohm)+0.6= 1.6V

电流是从Ic那里得到， 但是，Vc的电压在高，也不会影响恒流。
当然， Vc的电压不能太低，太低就没有恒流， 或小过我们set的恒流。

尽可能明白以上的理论， 请做一个experiment 玩一玩。

如果还有一个测试mode是当电池电压低过15V时的PRE-Charge mode, maximum charging current 是不超过100mA的时候，也是调试Ib么？

set simulated battery voltage 去15V 骗charger， Vb set 高一点 （>1A，Simulate flat battery ）， 虽然我们把最大恒流set成1A， 但charger 应该要只输出0.1A的 charging current。

我有一个很大的疑问，依你的设计，你使用Vb电压来控制恒流的大小，这就是把electronic load 设成CC mode, 但是应该不能用CC mode 的load来测chager的CC mode吧！

那我们应该把electronic load 的 CC set高过chager的CC mode。不明白的话再问。

如果charger有故障，输出过高或过低的电流时，会弄死load或charger.....

Electronic Load ， 因为我选用2N3055， IC=15A max， 加heat sink, 很难死的。
如果charger有故障，输出过高电流时， electronic load 的恒流会保护它。

是不是应该用CV mode的load来测charger的CC mode才对呢？

应该用CCmode， 但恒流要set大过 charger的CC。

对了， 你的Li-ion 是几多mAH/cell？电池是做什么用途的？
Li-ion charger是谁设计的？

datuklo

charger 是客户设计的，用Microchip 16HV785 + Powertool develop 的，详情不便透露了。

电池是1.1AHr 的。
我还是搞不懂CC mode, 如果load是CC 1A 的话，而charger的CC mode maximum 只是0.35A,那么其余的0.65A不就是会从simulated battery source那边拉么？

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电池是1.1AHr 的。

那不是要4小时才充满？

我还是搞不懂CC mode, 如果load是CC 1A 的话，而charger的CC mode maximum 只是0.35A,那么其余的0.65A不就是会从simulated battery source那边拉么？

所以Charger 的电压一定要比 simulated battery source 的电压高， 那diode会变成reverse bias， 而cut off。

还有如果load是CC 1A 的话， 是说最大current limit为1A， 不是说要拉电拉到足足一A。
charger的CC mode 是0.35A， 那load最多只拉0.35A而已。

datuklo

没错，要4个小时。

constant current 1A 的意思不是恒流1A么？它不管电压多少，它就是吃1A就是了....是吗？
Charger 的电压一定会高过电池的电压，那充电电流才能流进去。但是如果charger本身的limit是0.35A 的话，CC 1A 的load就会不管电压的高低，它就是要恒流1A，这时charger的电压不就会降了么？那其余的0.65A就会从dummy battery source那边拉了！！！

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我想应该是用词不当造成误会， 或者我们说它是‘Passive’ Current Limit 1A，又或者说是 passive electronic load 也可以， 而不是‘Active’ Constant Current Source 1A。

Passive （无源）， 是接受外电的。好像电阻， 它是passive component.
Active（有源）， 是送电的。好像电容， 它是Active component.

Charger output 就真的是 Active Constant Current Source， 它是送电源的（source）。
Passive Electronic load ， 是收/受电的， 你可以把它看成电阻。

这个Passive Electronic load ，如果你set最大limit 1A，表示最大只吃1A， 而不是每次都一定要吃足1A的电流。

譬如：
你送0.1A， 它吃0.1A
你送0.5A， 它吃0.5A
你送1A， 它吃1A
你送1.5A， 它只吃1A。
你送2A， 它也只吃1A。

我建议你做个实验， 或在Simulator software 里模拟， 你就会明白。
如果你还是有疑问， 就可能要搬数学公式来证明了。(但书包还老师了）

datuklo

我的脑筋比较死.....还是想不通！

Passive Load 如电阻的话，你所设的最大limit current就是所输入的电压最大值除于电阻值嘛，如果是26V，75 ohms 的话，最大电流就不会超过350mA了，你送10A 的话，它也就只能吃0.35A， 如果你只能提供0.1A的话？它当然就只能吃0.1A，不过这时候的电压就不会再是26V了！！！

同样的原理，我的顾虑是，这种所谓的CC mode的时候,当我的charger只能提供0.35A 以下的时候，charging voltage 就会下降（低过simulated battery voltage)，那么simulated battery source的电流就能流过diode来补偿0.35A 的差额了。

所以我还是认为应改用CV mode 的 load 来测charger的CC mode, 以下是我从别处找到的说明：

{ 1.电池充电器的测试

二次电池或可充电电池当放电后需要充电器来充电，一个良好充电器的
需求是能提供稳定的定电流来充电，并且在充饱电时必须能够自动停止
充电，符合上述的重要特性才能确保最长的电池寿命。

"博计"的电子负载提供了非常良好的电池充电器之测试解决方案！"博计"
3310系列电子负载可以用来仿真镍镉或镍氢等电池的电压及负载形式。
典型的镍镉或镍氢电池的充电特性曲线如下所示：

在充电的过程中，当电池的端电压开始下降时（－△V，负电压斜率），
电池充电器应必须停止充电，对电池的超额充电会造成电池永久性的损
坏。于测试电池充电器时，可以使用真实的二次电池再测试之。然而这
方法却需要非常冗长的过程，以测试的观点而言是不符实际或是不合经
济效益的。

当使用电子负载时，可以设定为定电压的负载模式，并且设定需要的端电
压。举例来说：测试1.2V的二次电池可以设定端电压从1.0V、1.2V、1.44V
来测试电池充电器的电流调整率，然后设定为1.40V（－△V，此为表示电
池已经充饱电的信号）来测试电池充电器会不会充电。}

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原帖由 datuklo 于 19-7-2006 08:17 PM 发表
同样的原理，我的顾虑是，这种所谓的CC mode的时候,当我的charger只能提供0.35A 以下的时候，charging voltage 就会下降（低过simulated battery voltage)，那么simulated battery source的电流就能流过diode来补偿0.35A 的差额了

变通一下，如果current limit 只是 0.36A 或 〉0.35A，还有顾虑吗？

datuklo

那还是一样啊！charger 只能提供0.35A，〉0.35A 的差额就由simulated battery source 来补救了么?

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原帖由 datuklo 于 20-7-2006 09:18 AM 发表

那还是一样啊！charger 只能提供0.35A，〉0.35A 的差额就由simulated battery source 来补救了么?

再一次，我建议你做个实验， 或在Simulator software 里模拟， 你就会明白。

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请务必回答一个关键的问题：
在真实的li-ion电池充电时，在CC mode， 0.35A的情况下， 请问Charger的output voltage， 或电池两端的电压为多少V？ 我要很准确的测量。

datuklo

原帖由 pic 于 20-7-2006 10:36 AM 发表
请务必回答一个关键的问题：
在真实的li-ion电池充电时，在CC mode， 0.35A的情况下， 请问Charger的output voltage， 或电池两端的电压为多少V？ 我要很准确的测量。

真正的Li-ion电池充电时，只能量到0.35A的CC，这时电池两段的电压会慢慢增加（在充电）......

我做了一个很简单的实验，我只用一台electronic load, 把它设成CC 0.35A。然后用power supply 供应0.35A以下（任何电压），结果都是一样，电压会被拉掉，所以我还是不明白你的理论.......相反的，当我用CV mode 的load, 流过负载上的电流就是power supply实际供应的电流了。所以我想应该是用CV mode比较适合。

另外，有什么线路能做CV的功能呢？

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原帖由 datuklo 于 21-7-2006 08:40 AM 发表
真正的Li-ion电池充电时，只能量到0.35A的CC，这时电池两段的电压会慢慢增加（在充电）......

我要知道的是几V， 刚开始的电压。（最后是24.6V）

datuklo

完全depend电池的电压，稍微高一点，然后慢慢增加