闲谈1879充电逻辑及其波形截图分析■脉冲VsCCCV■

gumphe

             脉冲 Vs  CCCV, 转移新开的一贴:  -->http://www.shoudian.org/thread-132501-1-1.html

测试对象: max1879
测试分析设备: NI 数采, 采样率100KHz, 电流采样阻抗100毫欧.
辅助物料: 720mAh标称手机电池一块(久经测试), 电池内阻180毫欧(含保护板)
恒流源: 5.0V 500mA 手机标准充电器. 对于上述电池来说, 应该是0.7C倍率.
测试接线: 电流采样(100毫欧阻抗)串联接在充电器负极和max1879板子的负极之间. 电池正负极直接接在max1879板子输出端.

名词解释:  
OCV: open circuit voltage 开路电压, 指在脉冲间隙没有电流情况下的电池电压, 通常此时的OCV= 电池电动势+部分未完全消退的极化电压
充电电压: 跟OCV相对, 指在充电的时候电池的电压. 通常此时电池电压=电池电动势+极化电压+充电电流*电池内阻+充电电流*线阻
这两个电压必须明确说明.

首先给出整个测试过程的平均电流电压和充电量对时间的曲线. 每个平均点均由1秒内100K采样数平均而得.
各个阶段的瞬态波形(ABCDE)后面有截图.


有关1879其他的参数这里就不赘述了, 都有规格书可以参考. 这里说一些规格书中没有说明的东西:


一、最小脉冲
1879存在内部时序， 经过截图分析， 其最小脉冲宽度为0.7s(精准宽度以后给出）
所有的脉冲都已这个为基数进行倍加。

二、充电控制四阶段， 对1879充电逻辑感兴趣的可以也帮我一起看看这样划分是否合理：
1   恒流阶段                   A阶段
2.  半电流阶段                A->B段 和B段
3.  4.20V开路恒压阶段     C段和 D段
4.  浮充 (6小时)              E段

详细说明:
1. 恒流段：见图中的A阶段, 局部截图如下. 以下左右截图的周期均为1秒

基本上, 10秒左右会出现一次 0.7s宽度的关断脉冲, 用以检测电池OCV开路电压.

2.  半电流阶段:  A->B段 和B段  (2010-4-22更新)
1879检测有充电电压Vbat, 当Vbat>4.20V的时候, 开始减少占空比. 见下图
上下两个截图时间相差5秒. 5秒前电池电压即将到达4.205V 门槛电压
5秒后, 1879检测到Vbat=4.205, 开始减少占空比(即插入脉冲)


这个阶段前一段, 1879一直减少占空比直到占空比变为稳定的50%方波.50%占空比即方波脉冲图如下
B段截图.
在(A->B)阶段, 1879一直控制充电电压Vbat(带电流状态)=4.200V(实际波形上是4,205V)
在稳定的50%占空比方波能维持Vbat=4.20VV后, 1879就暂时不再增加占空比, 一直以B阶段波形进行充电.
在B阶段, 1879改为监控脉冲间隙电压, 即OCV, 直到OCV=4.20V.
也就是说这个阶段的电流=恒流源的一半大小. 所以称之为半电流阶段.

3. 4.20V恒压逼近及其恒压阶段 C段和 D段
当50%占空比的脉冲电流使OCV达到4.20V后, 开始逐渐再减少占空比. 看下面2个截图, 就是C和D阶段的



在D阶段末期, 占空比低于8~10%左右的时候, 判定为充满, 转灯.

4.  4.20V 浮充   E段
转灯后, 1879保持 下面的E波形, 大概1秒左右1个脉冲电流的涓流充电.
大概平均电流是恒流电源的1/13, 对应本次测试就是35mA.
同时仍然监控OCV电压不超过4.20V.  这个在1879规格书中也有描述. 最长时间不超过6小时. 或者当OCV超过4.21V时会关闭.
当然, 占空比并不会一直保持1/13, 会继续扩大以便保持OCV 的4.20V, 我这边监控了3小时后 脉冲从每秒1次增加到没10多秒一次
其实这个频率通过观察指示灯的闪烁情况就可以知道.

1879规格书中称这个阶段为涓流冲, 可以变相理解为恒压浮充. 从截止电流35mA逐渐减小到几mA(6小时后关闭).



说明1: 以上对应的几个电流35mA(转灯电流) 245mA(半电流) 5~7mA的涓流电流, 均是从此次测试的490CC恒流源换算而来.
如恒流源变大或变小, 这些特征电流相应变化.


三、充电时效性。
此次测试， 1879 以0.7C倍率对电池充电， 在总电量80%处开始减小电流， 即CC段占了80%的电量。
相比之下， CCCV方式的CC段不能达到这么高比重。只有补偿电流法的才能与此相比。 算是其一个优势吧。
但是其中间采用了4.15V逼近算法，导致B阶段太过冗长，  后半段时间并不能缩短的很多。

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第二阶段 测试比对  脉冲 Vs CCCV
此处开始更新 1879 Vs CCCV的各类曲线: 即倍率对充电的影响, 供大家参考.
计划对1块2500mAh电池充电,  充电电流设定 1A(0.4C)  1.4A(0.56C) 和2A(0.8C) 分别用1879和CCCV模式进行对比
脉冲模式我均用数据采集卡进行记录, 这次学乖了, 改为5s一次累计. 大大平滑了曲线.
CCCV模式仍然在BS9300上进行.

首先给出1.4A( 即kodak 5V 1A电源) 搭配 1879的充电曲线.


简评: 2个半小时充满转灯. 转灯电流平均150mA.  转灯后1879继续(浮充)
A阶段(恒流)持续 1.4小时, 充电量74%.
B阶段(半电流)非常显著并且持续时间很长

gumphe

带电流补偿的恒流限压充电曲线
测试对象: 带电流补偿的恒流限压充电模块
测试分析设备: NI 数采, 采样率100KHz, 电流采样阻抗100毫欧.
辅助物料: 720mAh标称手机电池一块(久经测试), 电池内阻180毫欧(含保护板)
恒流500mA  对于上述电池来说, 应该是0.7C倍率.
测试接线: 电流采样(100毫欧阻抗)串联接在充电器负极和电池负极之间. 该接法引入的采样阻抗可能对整个充电过程造成一定影响, 但是因为该电路有电流补偿,影响有限.

曲线图说明:
1. 充电截止电流40mA
2. 可以看到红色虚线是该带补偿算法的转折点, 恒流段充电量占了581/720=80%的总电量
   同时看到蓝色虚线是正统CCCV(4.20V)的转折点, 恒流段充电量占了 490/720=68%的总电量
3. 经过对电池内阻和线上阻抗的压降补偿, 这个充电器在电压达到4.28V左右才开始减小电流. 以此方式来缩短整个充电时间

充电器图示:
单独增加的竖立的板子应为控制补偿电流的模块


4057充电曲线
鉴于论坛里面有广泛的4057充电芯片使用者, 就发一个同等测试条件下的4057充电曲线
测试对象: 4057单芯片充电模块, 限流设置电阻1.6K欧姆(500mA)
测试分析设备: NI 数采, 采样率100KHz, 电流采样阻抗100毫欧.
辅助物料: 720mAh标称手机电池一块(久经测试), 电池内阻180毫欧(含保护板)
输入: 5V 1A
测试接线: 电流采样(100毫欧阻抗)串联接在充电器负极和4057输出的B-之间.

曲线图:

说明:
1. 按照设计值, 1.6K欧姆电阻能设定500mA的恒流电流; 实际测试, 从一开始电池电压就直接从500mA下降到300mA的恒流值.  (过温保护了)
   中间尝试过3次手工降温(用金属片接触4057芯片)后那块, 电流暂时上升后又稳定在300mA左右.
2. 整个过程很难分辨出转折点,一定要给的话, 基本上过了4.0V就开始降低电流了. 占整个充电量的317/720=44%
3. 充电截止电流, 测到的是62mA



典型CCCV模式充电曲线(4001)
测试对象: 标准恒流恒压模式; 其实我手头没有4001,  4001为标准CCCV模式, 我就用我的BS9300来模拟测试了
测试分析设备: BS9300 设定CCCV模式,
辅助物料: 720mAh标称手机电池一块(久经测试), 电池内阻180毫欧(含保护板)
恒流: 490mA
测试接线:4线解法, 没有线上阻抗.
截止电流: 40mA

曲线说明:
1. 恒流段充电容量 574mAh 充电时间 70min
2.    恒压段充电容量 146mAh 充电时间 59min
3.   整个恒流段充电容量占总充电容量的 79%--->这里跟最上面用1879测试出来的有点对应不上, 同样1879在平均恒流电流490mA的情况下, 到4.20V充电占了约73%的总充电容量. 分析应该是线上阻抗引起. 整个回路串联了100毫欧的电流检测电阻. 而BS9300是用4线接法, 没有线上阻抗
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充电方式Benchmark


说明:
1. 测试受设备条件影响, 不能保证所有的条件均为一致. 比如4057倍率不能保证一致, 该数据对比缺乏价值.  倍率对时间和充电时效性影响很大.
   小倍率情况下, 时效性很高. 大倍率则反之.  4057同样在0.68倍率下充电时间是不能与1879和4001相比的.
2. 线阻将影响比对结果. 特别是4001, 如果引出线线阻很大, 将明显的会延长一点充电时间. 1879因采用脉冲方式,则受线阻影响较小.
3. 此次比对, 不比较散热, 功耗,对输入源的要求等条件, 前人有高手已经比较过. 仅比较这几种算法的时效性.

后续有机会, 试试更高倍率1C~1.5C的充电比较, 并用18650或者手头的2400mAh电池.
低倍率的就不做比对了, 0.2C倍率下采用1879和4001简直就是牛刀杀鸡.

flykite

原来如此,这就能解释为什么用dadodo监控时发现退出全导通后有一段奇怪的过渡区域,原来是为了过渡到半电流啊...
很欣赏这样的设计
相信LZ的测试对一部分喜欢自己用单片机模拟1879的朋友有帮助

xmdzshz

不错，终于有详细曲线了，支持楼主

xmdzshz

KAO，又抽风发重复了，编辑掉

yyrtnn

这个要收藏，学习了

shakingaaa

好样的~

benjamin

很好，很详细。。。。。。。。。。

xll

强贴，留名

xll

强贴，留名

shj117

理论指导实践，学习一下。

gyzhq

谢谢gumphe，学习收藏了

huntstars

强帖收藏

sceips8

不错!!!!!!!!!!!

ak47fans

{:1_268:}

syt2488

看来1879又要热起来了，建议哪位兄弟做出带恒流的1879成品板，我收了6块1879了，但是拿来充手机电池感觉电流大了点，

benxiong22

资料 记号

wyf_china

我也来了

圣龙

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