充电保护（精选十篇）
充电保护 篇1
关键词：母联充电保护,差动保护闭锁,保护配置
0 引言
母联充电保护属于断路器保护。目前,母联充电保护有两种:一种是母差中含有的母联充电保护;另一种是单独配置的母联充电保护。在恢复停役母线或新投运线路过程中,为了更可靠地切除被充电母线上的故障,要在母联断路器上设置相电流或零序电流保护,且保护应具备可瞬时和延时跳闸的回路,作为专用的母线充电保护。这种保护能以较小定值跳开母联断路器隔离故障母线,而且此时故障母线上没有其它运行设备,既不会造成重大损失,又能快速切除故障,因此母联充电保护得到了广泛应用。
1 母联充电保护原理
如图1所示,通常在投运新设备时,Ⅰ母要由检修状态恢复到运行状态,此时需先合母联断路器对Ⅰ母充电,在确定该母线没有故障后,再按投运要求将某些间隔倒至Ⅰ母运行。但是如果Ⅰ母存在故障(如接地),那么在合母联断路器后,母联断路器上应该存在保护以瞬间切除母联断路器,从而保证Ⅱ母正常运行,这种保护就是母联充电保护。
微机型母联充电保护的原理框图如图2所示。当母联断路器的TWJ由“1”变为“0”,或母联断路器的TWJ=1但母联已有电流,或两母线均有电压时,母联断路器就处于合闸位置,于是开放母联充电保护300ms。在充电保护开放期间,母联任一相电流大于充电保护的电流定值,都说明母联断路器合于故障母线,于是经延时跳母联断路器。母联充电保护动作后是否要闭锁母差保护可由控制字选择。
2 关于闭锁母差保护
首先母联充电保护可以启动母联失灵保护,即使被充电母线有故障,母联开关跳不开,也可以把整个母线上的元件切除。其次,对于母联断路器和母联TA间发生故障的情况,判断为运行母线区内故障,母差保护会动作,跳开运行母线上的所有元件。若有母联充电保护闭锁母差保护的功能,则母联充电保护先动作,跳开母联,切除故障,以免事故范围扩大。图3为母联电流、TWJ、机械位置变化时序图。
从图3可知,当母联断路器合于故障空母线时,母联故障电流作为电气量瞬间突变,机械位置也已经改变,而母联断路器TWJ变化因机械变位、继电器切换等而比母联故障电流慢出现(T2—T1)。母联断路器TWJ没有立即变位,会使正常的母线出现差流,从而使母线保护动作,切除正常母线,为此母联充电保护要瞬时闭锁母差保护。
3 母差保护退出后如何使用母联充电保护
当母差保护退出时,母差中的母联充电保护无法使用,对于单独配置的母联充电保护,当一条母线故障时,通过投入母联充电保护可以切除这条母线,从而保证另一条母线的正常运行,此时母联充电保护可以长时间投入,这是母联充电保护的一种非正常用法。不过,这样使用也会产生一些问题。
对于含有2台及以上主变的变电站(220kV以上),当区外发生故障时,只要母联充电保护感受到故障电流就会动作,使母联断路器跳闸。若此变电站中压侧之前是并列运行,则将造成高压侧负荷穿越变压器形成电磁环网,不仅会导致主变过负荷,而且不利于系统稳定运行。其次,在实际系统中有很多变电站无法满足整定要求,这样使用的目的是保证在一条母线故障时另一条母线能够正常运行,整定的原则是保证任一条母线故障时该保护有足够的灵敏度。但对于部分变电站,按照整定的原则可能躲不过母线的最大负荷,那么一旦母线出现较大负荷或最大负荷,母联充电保护就会动作跳开母联断路器。
4 结束语
通过分析,清楚地了解到母联充电保护的原理及其使用中应注意的问题,并加深了对日常工作规程、流程的理解,从而有效减少了误操作事故的发生,提高了事故处理水平。
参考文献
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[8]刘光源.实用维修电工手册[M].上海:上海科学技术出版社,2002
充电保护 篇2
智能手机爱好者总是嫌自己的手机电池续航能力不足，往往在出门的时候带上备用电池，也有一些厂商推出了利用太阳能等技术的随身电源，近日一款名为Airnergy Charger的新型充电器产品在CES亮相，它的神奇之处是可以利用WiFi无线信号为电池进行充电，
图1
虽然无线路由器的功率不是很高，发射出的WiFi无线信号辐射能量也很小，但是Airnergy却拥有足够高的转换效率将微弱无线信号携带的能量变为电能，在CES展会中这款充电器在90分钟内利用无线信号为一块黑莓手机电池充入了30%的电量。
图2
充电保护 篇3
英特矽尔——ISL6294单节锂离子电池充电器可满足不同容量需要
随着手机、数码相机、MP3、GPS等便携式产品向体积小、厚度薄。轻巧造型方向发展，新颖的个人信息产品不断推陈出新。产量也猛增。这些新产品中几乎都采用锂离子(或聚合物)电池，因为它能满足小、薄、轻的要求，并且容量大，能延长两次充电的时间间隔。为了减少手持产品的设计周期，各半导体厂商开发许多性能优良、设计灵活、应用方便的充电器芯片，应用到各种手持产品当中。
英特矽尔(Intersil)公司所推出的单节锂离子电池充电器——ISL6294，正是在此背景下问市的产物。其应用简单灵活．可满足不同容量的锂离子电池的需要，也能采用插头式电源及USB端口进行充电，为手持产品设计工程师提供了一个很好的选择。ISL6294应用电路简单，符合手机的充电管理及其安全的设计规范；它以简单低廉成本的方法改进了手持产品的安全特性，简单而可靠的2mm×3mm充电器为手持产品简化了充电管理和高压保护电路。
特点及应用范围
ISL6294是一种充单节锂电池的线性充电器，由ISL6294组成的充电器适用于手机、MP3播放器、蓝牙耳机及数码相机等。该充电器主要特点包括：可以用插头式(AC／DC适配器)或USB端口供电；最大充电电流可达900mA：预设浮充电压为4．2V±1％；内有用于监控电池电压的低功耗电压比较器；在电压低于2．55V时实现涓流充电；在电压大于2．55V时实现大电流恒流充电；当电池电压接近4．2V时改为恒压充电；有充电过程指示LED亮表示充电、LED灭表示要停止充电。
它还具有智能启动，可延长电池寿命；有关闭控制．在关闭状态时耗电300 u A(典型值)，对锂电池耗电＜1μA；充电电流可设定；终止充电时的电流阈值可设定；内部有自动热调节来控制最大的充电率，不会有过热风险，芯片温度超过115℃时，温度限流回折电路工作；无须外部电流检测电阻及低功耗防漏二极管；不用快速保险丝及TVS可以实现低成本的高压保护电路。外围元器件少面积小，仅需2个RC元件，3mm×5mm的印制板PCB见图5所示。无须通过手持产品软件代码调试就可以对锂电池完成高效安全的充电管理；8个管脚小尺寸DFN封装(2mm×3mm)，高度0．8mm；工作温度范围为-40℃～+85℃。ISL6294的管脚排列如图1所示(详细信息请参阅Intersil的产品数据表FN9174．1)。
Pinl VIN电源输入端；Pin2PP日电源输入指示端；Pin3 CHG充电状态指示端，Pin2、3都是漏极开路输出。Pin4 EN逻辑输入充电使能；Pin5系统地线；Pin6 1MIN充电终止设置端；Pin7 1REF充电电流设置端；Pin8 BAT充电电流输出端。
ISL6294的主要参数典型值：输入工作电压范围VIN为4．4V～6．8V；在充电模式时，输入电源电流ICC=400 LJ A，关闭模式时，ICC＝300μA；充电器调节后输出电压VBAT=4．2V；BAT端输出的充电电流IBAT与IREF端所接的电阻有关，RIREF=24．3kQ时．IBAT=500mA(恒流)；CHG端输出低电压V C HRG＝0．1V：涓流充电阈值电压VTRIKL=2．55V；涓流充电电流ITRIKL为IBAT恒流的1 9％(当VBAT 充电参数说明 充电程序：当电池接入充电器、上电后，充电器检测电池的电压VBAT，若VBAT＜2．55V，以19％的恒定充电电流IBAT作涓流充电；当电池电压升到2．55V时，涓流充电结束，以设定的IBAT恒流充电；当电池电压VBAT上升约到4．2V时．以恒压4．2V充电．此时充电电流下降；当电池充电电流降到终止充电阈值检测电流Imin时，发出停充信号。若充电电池的电压VBAT＞2．55V．则直接用IBAT恒流充电．无涓流充电阶段。 充电器充电状态指示：充电器充电状态指示如图3所示，在BAT端接一个发光二极管(LED)及限流电阻刚到CHG端(其内部结构见图2)。当VBAT＜2．55V时为涓流充电．CHG输出低电平，LED亮(表示充电开始)；当IBAT＜lmin。CHG端呈高阻抗。LED灭(表示充电终止)。 智能启动及自动再充电：ISL6294上电或消除关闭模式时，若BAT端电压低于4．0V，则充电器进入充电模式进行充电；若BAT端电压高于4．0V时，进入备用模式，充电器不再充电。这将减少不必要的充电循环，可延长电池寿命。当充电器在备用模式时，仍监控BAT端的电压，当BAT一旦低于4．0V时，充电器自动再启动。在用户终止充电方式中则无此功能。 应用提示 基带芯片与充电器的联结：PPR信号提供了墙充电器(Wall Adapter)接入的指示。配置好基带处理器的通用输入出口与ISL6294的充电使能叫和充电状态CHG联结。充电电流的设定端IREF也可以连接一个电流采样信号去电源管理器(PMIC)。系统的充电电流由RIREF设定，可以不用MCU软件空间。 充电器不接电池：开路是输出恒定4．2V，电流随负载大小而定。 降低燥声和散热的考虑：图5给出ISL6294的简单布局。DFN 8封装中方形PCB上应设置过空并将它连接于第5脚GND上而且和地平面连成一片。这样一来屏蔽了当充电电流接近停充电流的干扰，可得到手持产品大批量生产非常一致的停充电流而且不存在发热的焊盘。 现在的电源主要由线性稳压电源与开关稳压电源两大类组成。开关稳压电源的主要优点有:效率高;可靠性与稳定性好;体积小, 重量轻;对供电电网电压的波动不敏感, 在电网电压波动较大的情况下, 仍能保持较稳定的输出。开关稳压电源的这些优点更能满足现代电子设备的要求, 从20世纪中期以来, 在计算机, 通信, 航天, 办公和家用电器等方面得到了广泛的应用, 大有取代线性稳压电源之势。 但是, 由于开关稳压电源中的功率开关管处于开/关状态, 使其存在输出纹波电压较高, 瞬变相应较差, 对电网和外部电子设备有电磁干扰等缺点, 因此, 开关电源充电器电路的设计对克服上述缺点将有极大的帮助。 1 充电器保护电路设计概述 1.1 开关电源的基本原理开关电源主要包括输入电网滤波 器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是: (1) 输入电网滤波器:消除来自电网, 如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰, 同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。 (2) 输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波, 为变换器提供直流电压。 (3) 变换器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压, 并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。 (4) 输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压, 同时还防止高频噪声对负载的干扰。 (5) 控制电路:检测输出直流电压, 并将其与基准电压比较, 进行放大。调制振荡器的脉冲宽度, 从而控制变换器以保持输出电压的稳定。 (6) 保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时, 保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。 1.2 本次设计主要以电池充电及保护电路为重点。 (1) Li+电池保护电路 馊离子 (Li+) 电池虽然具有能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、自放电量较低及单节电池电压高等诸多优点, 但在使用时需严格注意过压保护、过放电保护和过流保护, 而且对保护电路的精度要求也较高, 其中包括:过充电保护、过放电保护、电池失配保护以及过流保护。 (2) 结构紧凑的Li+电池充电器 锂离子电池 (Li+) 以其高能量密度和高性能被广泛应用于手机、PDA、笔记本电脑等产品中。充电电路主要是把输入的交流量转化为符合电路要求的支流量, 即使输入的交流信号经整流电路, 滤波电路得到响应的支流量, 该直流量经变换器后成为符合要求的输入量, 作为后面电路的输入。 充电保护电路的工作是应对来自外界条件和自身发生的故障, 能对电源提供及时的保护以免电源的损坏, 影响整个电子系统的正常工作。保护电路分为以下四种:过电压保护电路, 过电流保护电路, 欠压保护电路以及软启动电路, 用于解决电流过大, 电流过大, 电压不够, 冲击电流过大等情况, 避免电源的损坏。 2 充电器保护电路设计要求和总体方案 2.1 设计要求 开关电源充电器电路由充电电路和保护电路两部分组成。对于充电器电路参数的要求, 也分别从这两部分考虑。 充电电路:将交流输入量转化为符合电路要求的直流量 (包括滤波电路和变压器) , 要求输出电流在15~18V的范围内, Ioc=1A, 实现AC-》DC的功能。 保护电路:通过过压, 欠压, 过流, 软启动四个保护电路, 实现对开关电源充电部分电路的保护, 参数要求:最大输出18V供给电源, 主要指标:4.2V~3.6V, DC-》DC。 整个充电器电路的参数要求:输入220V 输出18V, 1A 2.2 总体方案 根据技术指标, 工作参数以及充电, 保护电路所要实现的不同功能, 进行电路设计, 对已设计的电路进行电路分析及测试, 确保电路符合各项指标。 技术指标—→电路设计—→制作PCB—→测试—→提交报告 3 充电器保护电路工作原理和设计过程 3.1 工作原理 充电保护电路工作原理: (1) 交流电源输入经整流滤波成直流; (2) 将得到的直流加到开关变压器初级上; (3) 开关变压器次级感应出高频电压, 经整流滤波供给负载 3.1.1 充电电路 (如图3-1) 当交流信号从输入端经保险, 进入充电电路部分, 首先通过整流电路, 将交流信号变为直流信号, 再经滤波电路, 滤出干扰信号, 得到较为平整的直流量, 此时交流信号已变为平整的直流量, 该直流量通过变换器, 输出为升压及变频后的直流量, 由于变换器外加一个反馈电路, 故输出值始终保持在一定的范围内。 3.2.2保护电路 (如图3-2) 保护电路分为过电压保护电路, 欠压保护电路, 过流保护电路, 软启动保护电路。本电路采用的是过电压保护电路。 当交流量经充电电路后, 输出为稳定地直流量, 并送入保护电路了。保护电路如上图所示, 从右开始, 首先是发光二极管, 当直流量进入保护电路时, 二极管发亮, 表示已经充电, 随后是滤波, 在保护电路部分, 采用了LM317及LM3420两种芯片。LM317是一个稳压芯片, 他又一个反馈信号, 可以调节输出端的值。LM3420的用处在于他的COMP端口, 当该芯片工作时, 它的输出值会自动与COMP的值进行比较, 如果小于COMP的值, Q3截止, 若果大于COMP的值, Q3导通, 将有反馈信号送入LM317, 调节控制LM 317的输出值, 确保保护电路的输出在一个稳定的范围内。 3.2设计过程 技术指标—→电路设计—→制作PCB—→测试—→提交报告 (实物, 论文) 本次充电电路与保护电路是以技术指标和实现功能为基础进行设计的, 在充电电路部分, 为达到各项参数的要求, 主要采用的电路包括整流电路, 滤波电路, 变压器, 整流电路实现交流到直流的变换, 滤波电路实现对直流信号的过滤, 变压器则完成变频及升压的功能, 同时电路中还带有反馈电路, 反馈信号送入变压器的初级, 以稳定变压器的次级输出。 在保护电路部分, 为了起到稳压的作用, 采用了稳压芯片和反馈电路, 以实现保护电路的功能, 输出一个稳定的信号。 4 充电器保护电路硬件制作与调试 4.1 硬件静态调试 调试的步骤: (1) 仔细检查制作好的PCB板, 防止有因为没有腐蚀好而连在一起的线或焊盘。 (2) 按元件大小由低到高的顺序焊接元件。 (3) 检查电源是否有短路, 先不加芯片, 测量各个芯片等的电源电压是否正常, 正常后再上芯片测量。 调试结果: 由于在原理图和PCB版图设计时进行了比较仔细的设计和校对, 版图没有出现布线错误的问题。硬件静态调试正常。 注意: 在插芯片及其他元器件的时候注意电源和地的针脚不能接反以免烧坏元件。 4.2 调试结论 通过调试, 充电电路输出电压在15~18V的范围内, Ioc=1A实现了AC'DC;保护电路最大输出达到18V, 满足4.2~3.6V;对整个充电器电路的指标, 电路已经达到要求 (Vin=220VVout=18V, Iout=1A) 。 设计总结:设计充电保护电路具有以下现实意义:给出更具实用性的开关电源电路, 改进开关电源电路在准确度, 稳定性和抗干扰性的不足。同时本电路还具有较高的抗干扰能力和较高的性能价格比。 参考文献 [1]何希才.新型开关电源设计与制作.科学出版社. ICS 备案号:Q/CSG Q/CSG12001-2010中国南方电网有限责任公司企业标准 电动汽车充电站及充电桩验收规范 CodeforacceptanceofconstructionofEVchargingstations andchargingpoints 2010-11-25发布2010-11-25实施 发布中国南方电网有限责任公司-1-Q/CSG12001-2010目次 前 言.................................................................................................................................................................II1范 围.................................................................................................................................................................-1-2规范性引用文 件............................................................................................................................................-1-3名词术 语.........................................................................................................................................................-2-4总 则.................................................................................................................——————————————————————————————————————————————— ................................................-3-5充电站验 收....................................................................................................................................................-3-5.1验收内容及要 求..........................................................................................................................................-3-5.2验收合格标 准..............................................................................................................................................-4-5.3验收文档资 料..............................................................................................................................................-4-6充电桩验 收.....................................................................................................................................................-5-6.1验收内容及要 求.........................................................................................................................................-5-6.2验收合格标 准.............................................................................................................................................-5-6.3验收文档资 料.................................................................................................................——————————————————————————————————————————————— ............................-5-附录A充电站(桩)验收流程(规范性附 录)..........................................................................................-7-附录B充 电机验收大纲(规范性附 录)......................................................................................................-8-附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附 录)....................................................................................-10-附录D充电 站系统整体性能验收大纲(规范性附 录)............................................................................-15-D.1通信测 试...................................................................................................................................................-15-D.2变配电设备的可靠性测 试......................................................................................................................-17-D.3充电站对配电网的谐波影响测 试..........................................................................................................-18-D.4用户界面及程序入 口..............................................................................................................................-18-I Q/CSG12001-2010前言 为贯彻落实国家节能环保，促进电动汽车推广应用，延伸供电服 ——————————————————————————————————————————————— 务价值链，指导和规范南方电网电动汽车配套充电设施建设，特制定本规范。本标准是中国南方电网有限责任公司电动汽车充电技术系列标准之一，该系列技术标准包括以下标准: Q/CSG11516.1-2010 Q/CSG11516.2-2010 Q/CSG11516.3-2010 Q/CSG11516.4-2010 Q/CSG11516.5-2010 Q/CSG11516.6-2010 Q/CSG11516.7-2010 Q/CSG11516.8-2010电动汽车充电设施通用技术要求电动汽车充电站及充电桩设计规范电动汽车非车载充电机技术规范电动汽车交流充电桩技术规范电动汽车非车载充电机充电接口规范电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议电动汽车充电站监控系统技术规范电动汽车充电站及充电桩验收规范 本规范由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。 本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口、组织编写并解释。 本规范起草单位:广东电网公司、广东电网公司电力科学研究院、深圳供电局、广东省电力设计研究院、深圳供电规划设计院有限公司、深圳新能电力开发设计院有限公司 ——————————————————————————————————————————————— 本规范主要起草人:余南华、胡玉峰、曾强、黄志伟、李飞、梁晓兵、蒋浩、王晓毛、孙卫民、邓伟光、柯丽、罗俊平 本规范主要审查人:皇甫学真、刘映尚、陈建福、钟连宏、吴宇宁、李鹏、张志祥、殷承良、裴爱华、王磊、杨家全 II Q/CSG12001-2010 电动汽车充电站及充电桩验收规范 1范围 本标准规定了中国南方电网有限责任公司电动汽车充电站及充电桩验收应遵循的基本原则。本标准适用于中国南方电网有限责任公司及所属(含代管)各有关单位电动汽车充电站及充电桩新建、扩建和改建工程的验收工作。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而构成本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB50052-2009 GB50053 GB50054供配电系统设计规范10kV及以下变电所设计规范低压配电设计规范 ——————————————————————————————————————————————— 3~110kV高压配电装置设计规范 电力工程电缆设计规范 火力发电厂与变电站设计防火规范 建筑设计防火规范 建筑物防雷设计规范(2000年版)建筑照明设计标准 外壳防护等级(IP代码)声环境质量标准 GB50060-2008GB50217-2008GB50229-2006GB50016-2006GB50057-19 94GB50034-2004GB4208-2008GB3096-2008 GB50260电力设施抗震设计规范 GBJ147电气装置安装工程高压电器施工及验收规范 GBJ148电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范 GBJ149电气装置安装工程母线装置施工及验收规范 GB50150-2006 GB50168-2006 GB50169-2006 GB50171 GB50254电气装置安装工程电气设备交接试验标准电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范电气装置安装工程接地装置施工及验收规范电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范电——————————————————————————————————————————————— 气装置安装工程低压电器施工及验收规范 建筑装饰装修工程施工质量验收规范 建筑地面工程施工质量验收规范-1-GB50210-2001GB50209-2002 Q/CSG12001-2010 GB50202-2002 GB50204-2002 GB50207-2002 GB50258 GB50259建筑地基基础工程施工质量验收规范混凝土结构工程施工质量验收规范屋面工程质量验收规范1kV及以下配线工程施工及验收规范电气照明装置施工及验收规范 电能计量装置技术管理规程 电能质量技术监督规程 电测量及电能计量装置设计技术规程 DL/T448-2000DL/T1053-2007DL/T5137-2001 DL/T621 DL5027交流电气装置的接地电力设备典型消防规程 变电站安健环设施标准 电网建设工程安全和环境管理设施规范应用手册 电动汽车充电设施通用技术要求 电动汽车充电站及充电桩设计规范 ——————————————————————————————————————————————— 电动汽车非车载充电机技术规范 电动汽车交流充电桩技术规范 电动汽车非车载充电机充电接口规范 电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议 电动汽车充电站监控系统技术规范 Q/CSG10001-2004CSG/MS0912-2007Q/CSG11516.1-2010Q/CSG11516.2-2010Q/CSG11516.3-2010Q/CSG11516.4-2010Q/CSG11516.5-2010Q/C SG11516.6-2010Q/CSG11516.7-2010 3名词术语 3.1验收Acceptance 指充电站、充电桩设施在现场安装调试完成后，在投入试运行前进行的验收工作，其目的是检验充电站、充电桩设施整体功能、性能是否满足实际运行的需要。 3.2工厂验收FactoryAcceptance 指充电站、充电桩有关设备在出厂前进行的测试检验工作，其目的是检验设备的功能和性能在工厂模拟测试环境下是否满足相关技术规范和项目技术合同的具体要求。 3.3差异Difference 指验收测试过程中发现的各项功能及性能、相关软硬件设备与合同技术文件或相关技术规范所规定的条款之间存在不相符合的项目，或者新提出的与原合同技术文件或相关技术规范不一致的技术要求。 3.4缺陷Defect ——————————————————————————————————————————————— 指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的基本功能和主要性能指标，且影响系统正常运行和功能使用的问题。 3.5偏差Deflection 指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的具体功能和性能指标，但不影响系统稳定运行且可通过简易修改补充得以纠正的问题。 -2-Q/CSG12001-2010 4总则 4.1充电站、充电桩设施验收必须执行国家、行业及公司有关法律、法规、技术标准，符合电力建设施工、验收及质量验评标准、规范的有关要求，确保充电站、充电桩投运后安全、可靠。 4.2验收前，相关单位应完成工作并递交申请文件，满足如下验收条件，方可进入验收流程:(a)制造单位已向建设单位提供产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)制造单位已向建设单位提交设备工厂验收报告。 (c)施工单位完成充电站(充电桩)全部设施、安键环设施的现场安装工作及调试传动试验工作，完成“三检”工作，并已向建设单位提交安装记录、安装调试报告及其他验收所要求的工程资料。 (d)监理单位完成自验收工作，并向建设单位递交自检报告。——————————————————————————————————————————————— (e)施工单位向建设单位提交验收申请报告。 4.3验收条件具备后，建设单位应按附录A所示进入验收流程。 4.4在验收过程中，验收工作组应按照验收大纲和验收流程进行该阶段的验收工作，并在验收测试工作结束后完成验收报告的编制、上报和审批工作。 4.5验收完成后，验收工作组对发现的问题应发出整改通知书，提出限期整改意见，并对整改情况进行跟踪和反馈，根据需要再次组织验收，直至整改合格。 5充电站验收 5.1验收内容及要求 5.1.1充电机验收 具体试验方法与要求参见附录B。5.1.2监控部分验收 具体试验方法与要求参见附录C。5.1.3供配电设施验收 本部分所有试验应符合《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-2006)。 供配电设施验收由以下部分组成: 5.1.3.1电缆 应符合《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB50168-2006)。5.1.3.2变压器 ——————————————————————————————————————————————— 应符合《电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范》(GBJ148)。 5.1.3.3高压开关柜 应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。 5.1.3.4低压开关柜 应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。 -3-Q/CSG12001-2010 5.1.3.5低压母线 应符合《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》(GBJ149)。5.1.3.6开关柜及二次回路结线 应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。 5.1.3.7低压配线 应符合《1kV及以下配线工程施工及验收规范》(GB50258)。5.1.4其它部分验收 5.1.4.1防雷接地装置 应符合《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169)。5.1.4.2照明灯具及配线 ——————————————————————————————————————————————— 应符合《电气照明装置施工及验收规范》(GB50259)。5.1.4.3土建工程 应符合《建筑地面工程施工质量验收规范》(GB50209—2002)、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)、《屋面工程质量验收规范》(GB(50207—2002)。当充电站内有装饰设计内容时，还应符合《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》(GB50210—2001)。 5.1.4.4安键环设施 应符合《变电站安键环设施标准》(Q/CSG10001,2004)。5.1.5系统整体性能验收 具体试验方法与要求参见附录D。5.2验收合格标准 满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。(b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收必须满足本规范附录的验收内容、要求及方法、项目技术文件和本规范要求，且无缺陷项目，验收结果偏差项目总数不得超过2%。 5.3验收文档资料 5.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等——————————————————————————————————————————————— 技术文件。 (b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。-4-Q/CSG12001-2010(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。 5.3.2验收技术文件,内容包括:(a)技术联络会纪要。 (b)由设计单位出具的设计变更书。 5.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。5.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。 (b)验收报告(含测试大纲)。(c)验收差异汇总报告(同时作为验收遗留问题备忘录;制造单位、施工单位、调试单位等应对每一项差异提出解决方法和预计解决时间，限期处理完成)。 (d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。 (e)验收测试统计及分析报告。 ——————————————————————————————————————————————— 6充电桩验收 6.1验收内容及要求 验收的技术要求参见《电动汽车交流充电桩技术规范》(Q/CSG11516.4-2010)。 6.2验收合格标准 满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。 (b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收结果必须满足验收大纲要求、项目技术文件和本规范要求。(d)无缺陷项目，偏差项目总数不得超过2%。6.3验收文档资料 6.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。 6.3.2验收技术文件,内容包括: ——————————————————————————————————————————————— (a)技术联络会纪要。-5-Q/CSG12001-2010(b)设计变更书(系统设计有变动的情况下有效，设计单位提交)。6.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。6.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。 (b)验收报告(含测试大纲)。 (c)验收差异汇总报告(同时作为验收遗留问题备忘录;制造单位应对每一项差异提出解决方法和预计解决时间，限期处理完成)。 (d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。 (e)验收测试统计及分析报告。-6-Q/CSG12001-2010 附录A充电站(桩)验收流程(规范性附录)-7-Q/CSG12001-2010 附录B充电机验收大纲(规范性附录)表1充电机安装工程验收测试表 编号1.1 123456789序号 ——————————————————————————————————————————————— 测试项目外观 检查充电机铭牌、合格证、型号规格是否符合要求。检查外壳是否采用金属，壳体坚固，结构上防止人体轻易触及露电部分。 检查柜体安装是否整齐，固定可靠，框架无变形。检查柜体的漆层是否清洁无损。检查柜体接地是否牢固良好。 检查开启门是否用裸铜线与接地金属构架可靠连接。 检查基础型钢允许偏差，成列安装允许偏差是否满足要求，检查柜间连接是否牢固。检查充电机安装垂直倾斜度不超过5%。 防锈(防氧化):充电机铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。 防盗保护:室外充电机外壳门应装防盗锁，固定充电机的螺栓必须是在打开外壳的门后才能安装或拆卸。机屏电器123456 1.3 12345678 检查充电机屏上各电器的名称、型号以及运行标志是否齐全、清晰。充电机屏上各个元器件应拆装方便。 充电机屏的发热器件应安装在散热良好的地方。检查熔断器规格，自动开关整定值是否符合设计要求,检查开关是否操作灵活，有无较大振动和噪声。检查充电机屏上信号是否显示正确。检查直流母线排尺寸是否符合要求，正负母线标识及相色是否正——————————————————————————————————————————————— 确，是否连接牢固，固定可靠，是否与导线连接牢固可靠，是否采用阻燃绝缘铜母线。机屏二次回路及端子排 二次回路应按图纸施工，接线正确。导线与电气元件应连接牢固可靠。屏、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。检查线芯标识正确、规范，二次回路的编号是否满足要求。 配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。二次回路接地应设专用螺栓。 检查电流回路和其它回路导线的截面是否满足要求。 检查可动部位导线的安装是否符合要求。端子排应无损坏，固定牢固，绝缘良好。 现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看 -8-现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看测试方式 测试记录 单项测试结论 10 1.2 现场查看 Q/CSG12001-2010 ——————————————————————————————————————————————— 9101112131415 1.4 12345678 1.5 1 1.6 123456 1.7 端子应有序号，端子排应便于更换且接线方便。端子排离地高度宜大于350mm。 交流回路电压超过400V者，端子板应有足够的绝缘强度。检查端子与导线截面是否匹配。 连接件应采用铜质制品，绝缘件应采用自熄性阻燃材料。 端子牌应标明编号、名称，其标明的字迹应清晰、工整，且不易褪色。同一个端子并接的线芯不超过两根，不同线芯的导线不并接入同一个端子。机屏电缆接线 检查线径是否符合设计标准。 线耳与导线要压接搪锡焊牢，接头部分热缩包牢。检查引入柜电缆和铠装电缆的安装是否牢固。柜内电缆芯线应水平或垂直配置。强弱电回路不应使用同一根电缆。电缆接头无锈蚀，电缆孔密封。直流母线及接头应满足长期通过设计电流的要求，屏间引线应满——————————————————————————————————————————————— 足长期通过设计电流的要求。检查充电机屏内所有电缆牌的标记是否清楚。机屏表计 检查所配表计数字显示是否清晰。人机界面与操作 检查人机界面的菜单切换功能和定值设置是否符合设计要求。 改变人机界面定值时，充电机仍应能够正常工作。充电机开停机操作正常，急停开关是否工作正常，充电机启动和停电恢复是否由人工确认后才能恢复。 检查人机界面的模拟量采集及显示数据是否正确，功能是否正常。检查人机界面是否符合《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)中6.7.3规定的要求。检查GPS对时功能是否正常。充电机重要功能、性能指标 三遥测试:充电机“遥测、遥信、遥控”功能的检查按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)附录A，对照主站充电机人机界面及操作，进行对比测试。 充电机输入/输出电流电压值指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)指标范围进行对比。 低压辅助电源指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。现场操作现场操作现场操作现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看——————————————————————————————————————————————— 现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看 1现场操作 2现场操作 3现场操作-9-Q/CSG12001-2010 4 电气绝缘性能测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试绝缘电阻和漏电流指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。 噪声测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。充电机连接器123 功能测试:能够通过各项充电测试，BMS系统能正确响应充电过程。内部绝缘体应无裂纹或伤痕。外壳、手柄及电缆应无损伤或变形 现场操作查看现场查看现场现场操作 5 1.8 现场操作 测试结论:合格?/不合格?测试人员: ——————————————————————————————————————————————— 附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附录)表2系统平台总体测试表 单项测试结论 编号序号测试项目测试方式测试记录 2.1系统结构检查 检查系统是单网或冗余双网的配置，要求双网配置。1检查主备双网冗余配置 测试结论:合格?/不合格? 表3系统应用功能测试表 序号 测试人员: 编号3.1 测试项目数据采集 测试方式 测试记录单项测试结论 12345 3.2 1 支持多种规约，包括101、104、(a)正确填写各装置的通道类型、通道号、波特率、对应规约(可以选择多种规约，IEC61850 包括101、104、61850)等内容。人工或定时召唤数据周期可 ——————————————————————————————————————————————— (b)在人机会话界面上修改对应的门槛值。调(c)打开监视界面，点击通道状态一览，核 对接收的数据进行错误检查对通道状态显示是否正确。(d)打开监视界面，点击GPS信息，查看当 前GPS的时间，并检查其它节点机是否SOE数据处理 与此时间一致。 (e)通过终端装置产生一个变位遥信，打开接收卫星时钟的时间信号 事项查看器或者人机界面模块，查看是模拟量处理测试数据有效性检查(a)在数据库编辑器的遥测表，可以设置系 数和上下限值。-10-Q/CSG12001-2010 2 3 4 3.3遥测投退可设置遥测量可设置系数有效上下限值的设置状态量处理测试 正确判断事故遥信变位和正 常操作遥信变位 统计开关动作次数，动作次数 ——————————————————————————————————————————————— 到达限值时报警(a)在发数端产生一次遥信变位，观察人机会话界面中相应厂站一次接线图上此遥信的状态变化情况和事项情况。(b)右键点击次开关，选择属性，观察动作次数的变化情况;选择右键菜单的置入 功能，观察开关的置入情况。 (c)将此开关设置成检修状态，再次产生变 为遥信，观察告警屏蔽情况;同时选择 遥控菜单，观察在检修状态下的遥控闭 锁功能。 (d)性能指标应满足《电动汽车充电站监控 系统技术规范》的相关要求。123状态量可以人工设定及展示4检修状态下开关的告警屏蔽 和遥控闭锁功能 统计计算功能的测试3.4 1 2 3.5计算功能和自定义计算公式动作次数、事故动作次数等统计功能事项及告警处理测试内容(a)统计计算公式是否可以修改。(b)按主站系统操作说明书进行测试。观察动作次数、事故动作次数等信息 1事项报警、事故推画面、打印(a)产生一个遥信变位，在人机界面模块中查看事项跟踪窗口，是否有事项的显示，查看画面上对应的遥信是否有声光报警。(b)打开事项查看器的历史窗口，查看事项 ——————————————————————————————————————————————— 是否存入历史数据库。 (c)在人机界面模块中右键点击某遥测，设 置报警限制，并手动产生一个越限的遥 测值，查看报警情况。3.6 1遥控功能的测试遥控操作的检查 2 3.7 1 2 3.8遥控事项记录功能事故追忆和重演功能的测试数据完整，能够反演出正确数据可以手动逐个时间断面查看数据库管理功能的测试打开人机界面模块，进行遥控操作，查看现场是否有遥控事件产生，是否对所产生的遥控事项有记录。在人机界面上选择相应的事故，进行重演，打开一次接线图进行自动或人工重演。 -11-Q/CSG12001-2010 1 2 3 3.9 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.10 1 2 3 3.11 1 2 3具备数据库维护工具数据库存储参数的修改操作数据库修改权 限的设置人机会话功能的测试通过权限级别控制使用者访问系统的 能力及其操作控制范围图形的汉字显示图形多窗口、无级缩放、漫游、——————————————————————————————————————————————— 分层分级显示设备快速查询和定位功能可根据需要设置、闭锁各种类型的数据支持设备挂牌人工置数网络拓扑和动态着色事项告警灵活方便多样的调图方式CPU负荷展示磁盘使用情况的展示具有操作员注释功能系统时钟和对时功能的测试GPS时钟是否已接入人工设置系统时间，系统内各节点机时间一致对终端的对时操作打印功能测试报表的打印功能实时事项的打印功能历史事项的打印功能GPS的性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求按测试项目内容进行测试。(a)打开数据库编辑器，查看数据的编辑操作。(b)检查数据存储选择和存储参数设置功能。(c)修改某个数据表中的数据，检查是否有相应的操作权限产生。 -12-Q/CSG12001-2010 测试结论:合格?/不合格?测试人员:-13-Q/CSG12001-2010 表4系统管理功能测试表测试 记录单项测试结论编号序号测试项目测试方式 4.1 1 2 4.2 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4.3 1 2 3 4 4.4 1 2 4.5 1 2系统通信服务功能的测试通信接口通信状态监视系统配置管理功能的测试系统运行方式管理冗余管理模块自动切换及手动切换系统性能监视查看CPU负荷、磁盘占用情况查看磁盘、网卡状态查看各机器状态查看各机器上模块状态权限管理操作权限设置操作记录查询时钟管理自动对时手工对时(a)设置各类操作人员的操作权限，保证系统的安全运行。(b)各类操作均有记录，并可查询。(c)查看CPU负荷、磁盘占用情况等。(d)查看磁盘、网卡和软件的状态。(e)性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求。通过系统提供的管理工具进行测试(a)检查系统提供的分布系统中各节点以及各任务间统一的透明的通信接口。(b)检查系统提供的网络通信状——————————————————————————————————————————————— 态监视功能。检测系统自动、手动对时功能，保证全系统时钟的一致性。测试结论:合格?/不合格?测试人员:-14-Q/CSG12001-2010 附录D充电站系统整体性能验收大纲(规范性附录)充电站系统整体验收是对整个充电站系统各部分组成主要功能、性能之间的配合协作能力的一种验收方式。当各部分设备验收完成后，在特定的时间准备好必要的车辆，将整个充电站所有的充电机全部开启并处于最大功率，在测试过程中重点测试各通信网络的可靠性、变配电设备的可靠性、整个充电站对电网注入的谐波电流以及用户界面及程序入口测试。 D.1通信测试 (a)监控系统与充电机间开关量测试 表5监控系统与充电机间开关量测试表测试结果 序号检查对象 变位从 0?1 1 2 3 4YX1YX2YX3YX4变位从1?0主站响应时间结论 ——————————————————————————————————————————————— 验收结论:合格?/不合格?测试人员: 注:测试选取充电机的开关状态位进行，主站应能及时反映上述遥信状态的变化;或观测实际充电过程中的遥信点的变化得出测试结果。 (b)监控系统与充电机间模拟量测试 表6监控系统与充电机间模拟量测试表 序号 1 2 3 4 验收结论:合格?/不合格?测试项目YC1YC2YC3YC4测试人员:测试输入值测试结果备注 注: 1、通过调试设备在充电机等终端装置加入测试值，检测主站显示的模拟量值与充电机等终端装置的实际电流、电压值是否一致; 2、改变充电机等终端装置的采集值即测试输入量值，检测主站能否正确及时的改变，改变值是否对应一致。 -15-Q/CSG12001-2010(c)充电机间自检报告及异常告警事件测试 表7充电机间自检报告及异常告警事件测试表 测试结果 ——————————————————————————————————————————————— 序号 检查对象 输入量 12 充电机自检充电机接口中 断 1-01-0 充电机 主站 响应时间 结论合格或不合格 验收结论:合格?/不合格? 注:模拟装置异常告警，检测主站是否正确反映。(d)主站与充电机定值测试 测试人员: 召唤充电机定值，检测主站与充电机实际的定值是否一致;是否可以实现各台充电机定值的定期召唤和比对，召唤周期是否可设置。 表8定值测试表 序号1234 测试项目 召唤充电机定值，检测与充电机实际的定值是否一致断开一台充电机的情况下，召唤全部定值的时间断开两台充电机的情况下，召唤——————————————————————————————————————————————— 全部定值的时间定值改变告警 测试结果 响应时间 备注 验收结论:合格?/不合格?(e)故障模拟测试 测试人员: 模拟各种故障，检测主站能否正确及时的显示动作报告、故障报告，同时测试报文上送的时间，观察不同装置同时动作情况下，报文是否有遗漏。 表9 故障模拟测试表 通信信息性与正确性 序号测试内容 模拟各种故障触发保护动作(如人为中断通信、半途中止充电过程等)，检测主站能否正确及时的收到报文 响应时间备注 1-16-Q/CSG12001-2010 验收结论:合格?/不合格? 测试人员: 注:测试方法是将保护动作一次，测试主站收集全部动作报告所——————————————————————————————————————————————— 需的时间及完整性。(f)充电机与汽车电池管理系统(BMS)通信测试 表10 充电机与汽车电池管理系统(BMS)通信测试表 通信信息完整性与正确性 序号测试内容 开始汽车充电插头与充电机连接，测试充电机与BMS通信，分别从充电机和BMS人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取彼此提供的信息。 结束汽车充电插头与充电机的连接，测试充电机与BMS通信，分别从BMS和充电机人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取充电结束或临时中断的有关信息。 响应时间备注 1 3 验收结论:合格?/不合格?(g)主站与充电机及其它系统的通信状况监视测试表 测试人员: 表11主站与充电机及其它系统的通信状况监视测试表 序号1 测试内容 模拟充电机及其它系统的通信临时中断，测试主站能否正确检测——————————————————————————————————————————————— 到，并将通信中断记录保存到历史日志。 模拟充电机及其它系统的重启动，测试主站能否正确检测到，并将启动记录保存到历史日志。 测试结果 备注 2 验收结论:合格?/不合格?(h)调试工具对充电机召唤测试表 表12调试工具对充电机召唤测试表 内容 调试工具对充电机进行召唤 召唤次数 成功次数 测试人员: 是否满足备注 召唤20次以上 验收结论:合格?/不合格?D.2变配电设备的可靠性测试 表13变配电设备的可靠性测试表 序号1 测试内容 测试人员: 测试结果备注 在所有充电机同时满载运行1小时后，测试配变低压侧的各项指——————————————————————————————————————————————— 标，观察其是否符合设计要求。-17-Q/CSG12001-2010 2在所有充电机同时满载运行时1小时后，测试配变设备的外部温度，发热情况是 否正常。 验收结论:合格?/不合格? D.3充电站对配电网的谐波影响测试 表14充电站对配电网的谐波影响测试序号 1测试内容测试人员:测试结果备注分别在在所有充电机同时满载运行与停止运行的两种工况下时，测试配变高压侧 的谐波指标，观察其是否符合电网要求。验收结论:合格?/不合格? D.4用户界面及程序入口(a)监控主站运行界面 1)系统工作状态。2)异常告警。 3)与充电机及其它系统的连接情况。4)充电机及其它系统是否处于检修状态。5)充电机及其它系统的动作记录和录波列表。6)信息分类是否合理。测试人员: 7)各种事件、列表的时间显示是否正确，排列是否合理，查看——————————————————————————————————————————————— 方式是否直观。(b)监控主站信息查询 表15 序号 1测试方法充电机及其它系统信息点表配置查 询 查询测试以来的系统日志，应包含配 2置修改时间纪录，子站工作异常情况 记录，与保护装置通信异常纪录。3查询测试以来的历史动作纪录，报警 纪录，历史录波文件。 通过外接的笔记本电脑，以网络形式 4实现对各种配置信息和事件、录波的 1 实验 1.1 仪器与材料 BS-9300二次电池性能检测装置 (广州擎天) 、BT2000电池测试仪S/N:163901-T (美国ARBIN) 、8785电子负载 (100W) 、短路夹具、万能充电器夹具、数字多用表 (日本产) 。 实验电池为4种不同厂家生产的手机用锂离子电池, 编号:A、B、C、D, A标称容量为 (3.7V, 500mAh) 、B标称容量为 (3.7V, 650mAh) 、C标称容量为 (3.7V, 860mAh) 、D标称容量为 (3.7V, 860mAh) 。 1.2 实验方法 按照GB/T 18287-2000标准进行安全保护性能实验。 检测的项目包括:过充电保护、过放电保护、短路保护。 过充电保护实验:在环境温度20℃±5℃的条件下, 以0.2 C5A电流给电池充电, 当电池电压达到充电限制电压时, 改为恒压充电, 直到充电电流小于或等于0.0 1 C5A, 最长充电时间不大于8 h, 停止充电。将充满电的A、B、C、D实验手机锂离子电池分别接到BT2000电池测试仪S/N:163901-T的接口上, 用恒流恒压源持续给实验锂离子电池加栽8 h, 恒流恒压源电压设定为2倍标称电压, 电流设定为2 C 5 A的外接电流。 过放电保护实验:锂离子电池在环境温度2 0℃±5℃的条件下, 以0.2 C5A放电至终止电压, 外接8785电子负载 (100W) , 并将电阻调到3 0Ω负载放电2 4 h。 短路保护实验:锂离子电池按规定充电结束后, 将正负极用0.1Ω短路夹具短路1h。将正负极断开, 电池以1C5A电流充电5 s后用万用表测量电池电压, 电压应符合规定的要求。 2 结果与讨论 2.1 实验结果 4种手机锂离子电池在过充电保护实验中A发生爆炸、起火 (见图1) 。C有不同程度的鼓胀, D外型没有变化;4种手机锂离子电池在过放电保护实验、短路保护实验过程中其外型没有变化, 没有发生爆炸、起火、冒烟和漏夜。 2.2 原因分析 锂离子电池充放电的过程其实就是锂离子不同的迁移方向, 即从正到负, 从负到正 (图2) 。由于锂元素是比较活跃的化学元素, 导致在充放电过程中很有可能出现起火、爆炸等危险事故。 过充电保护、过放电保护、短路保护实验的目的是考察锂离子电池用户在使用过程中发生危险的机率。锂离子电池在过充电保护实验中发生起火和爆炸的因素主要有以下几点。 2.2.1 保护电路无效 锂离子电池因考虑充放电的安全, 都配有保护电路, 其主要由保护IC及2颗Power-MOSFET构成。当电池过度充电时, 电池会因温度上升而导致内压上升, 需终止当前充电的状态。此时, 集成保护电路IC需检测电池电压, 当到达4.25V时 (假设电池过充电压临界点为4.25V) 即激活过度充电保护, 将功率MOS由开转为切断, 进而截止充电[6]。当保护IC失效, 不能有效激活过度充电保护。恒流恒压源始终给电池2倍标称电压, 2C5A的电流充电, 在高倍率充电初期, 大部分电能通过可逆的化学反应而被储存, 电池发热功率小, 但是在充电后期由于发生了不可逆的化学反应, 电能变成了热能, 导致电池温度升高发生了一系列的化学反应。锂离子电池因温度上升而导致内压上升, 发生起火和爆炸。 2.2.2 电池芯结构不合理 电池芯主要有正极、负极、隔膜和电解液组成, 其材质选择、工艺控制和结构设计, 不仅影响电池的充放电特性, 更重要的是选择不当、工艺控制不好或结构设计不合理, 在过充电过程中, 容易出现电解液气化、电极短路和电池过热而发生爆炸和起火。 2.2.3 泄压装置失效或工作不可靠 泄压装置是电池外壳上有效调节电池内部压力安全装置。在过充电条件下, 产生大量的气体使电池内压增加, 内压到达一定程度泄压装置启动, 释放内压从而防止危险发生。泄压装置失效或工作不可靠时, 内压不断增加, 导致出现鼓胀现象, 当鼓胀现象比较严重时会导致电池芯结构损坏, 严重的会发生起火、爆炸。 2.2.4 电池散热性能不好[7] 过充时如果电池散热较好, 或者过充电流较小, 电池温度较低, 过充只发生电解液的分解, 此时电池仍然安全。如果电池散热较差或者高倍率充电导致电池温度进一步升高, 隔膜融化, 电池内部发生短路温度急剧升高, 引发正极材料参与反应, 最后发生爆炸、起火。 2.2.5 以上多种因素同时存在 2.2.6 实验电池A起火、爆炸原因分析 图3为实验电池A (标称容量:3.7V, 500mAh) 过充电状态下电压、电流与时间关系图, 恒流恒压源给实验电池A2倍标称电压 (7.4V) , 2C5A (1.0A) 的电流过充电, 从图中看出在过充电压、电流稳定在 (7.4V, 1.0A) 后, 不随时间变化, 过充电30分钟结束, 电池A发生起火和爆炸。 图4为实验电池D (标称容量:3.7V, 860mAh) 过充电状态下电压、电流与时间关系图, 恒流恒压源给实验电池D2倍标称电压 (7.4V) , 2C5A (1.72A) 的电流过充电, 从图中看出过充电压 (7.4V) 一直不变、电流最大 (0.31A) 并随着时间增加而减小, 8小时后过充电结束, 电池D没有发生变化。 通过对图3、图4图像分析比较得出:实验电池A起火和爆炸的原因主要是过充电保护电路无效。 过充电保护电路无效时恒流恒压源持续以0.2C5A电流对电池A进行过充电, 正极释放出大量锂离子, 经过电解液迁移至负极, 沉积在负极表面, 导致电池芯发生膨胀, 挤压甚至刺透隔膜引发短路。短路产生大量的热, 在小的空间无法散发, 导致高温, 高温又会导致电解液蒸发、分解和电极反应生成氧气、氢气。电池内压升高, 外壳中间部位强度低受压膨胀隆起, 氧气、氢气聚集在此混合, 发生起火和爆炸。 3 结语 依据GB/T 18287-2000要求, 对锂离子电池安全保护性能进行检测, 实验结果表明:锂离子电池设计和生产者必须重视保护电路的安全有效, 才能保证锂离子电池安全性能。 参考文献 [1]金里.锂离子电池及其保护电路[J].电子产品世界, 2000 (9) :14～17. [2]王彩娟, 宋杨, 金军.部分锂离子电池的安全问题[J].电池, 2008 (1) :25～26. [3]王静, 余仲宝, 储绪光, 等.锂离子电池热的安全性研究进展[J].电池, 2003, 33 (6) :388～391. [4]唐致远, 陈玉红, 卢星河, 等.锂离子电池安全性的研究进展[J].电池, 2006, 36 (1) :74～76. [5]唐致远, 陈玉红, 卢星河, 等.锂离子电池爆炸机理研究[J].化学进展, 2006, 18 (6) :823～831. [6]田中俊.锂电池的保护芯片的使用[J].中国集成电路, 2008, 115 (12) :79～81. 关键词：新线路,母线充电,母差保护 母线是发电厂和变电站最重要的电力元件之一, 起着汇集和分配电能的作用。在双母接线的厂站, 新线路启动或母线检修后投入运行时, 一般通过倒停母线方式, 利用母联开关给线路或母线充电, 在操作过程中往往将母差保护退出运行, 而只投入母线充电保护, 如果运行母线发生故障, 故障不能被及时快速地切除, 将直接影响系统的安全稳定运行, 造成严重后果。 1 母差保护原理及动作逻辑浅析 母差保护是按收支平衡的原理进行判断和动作的。在正常运行时, 母线上流入流出的电流是一样的;如果母线发生故障, 就会产生较大的差流, 母差保护装置进行判断后, 有选择性地跳开故障母线上的所有断路器将故障切除, 以确保正常母线的继续运行。 母差保护一般由启动元件和差动选线元件及其他附属元件组成。启动元件由大差电流构成, 用来判别区内和区外故障;选线元件由小差电流构成, 用来选择故障母线, 其逻辑见图1。 2 对检修母线充电过程中发生故障, 保护动作情况浅析 如图2所示, 通过母联212#断路器给II母充电, 母差保护和母联212#断路器充电保护均投入运行。 1) 若在I母d1处发生故障, 故障点不在母联212#断路器充电保护范围内, 但在母差保护范围内, 母差保护动作及时将故障点切除。如果母差保护未投入, 只能依靠261#、262#线路对侧开关的后备保护及主变201#后备保护切除故障。由于后备保护动作时间较长, 容易引起系统稳定破坏及主设备的损坏事故。 2) 若在II母d2处发生故障, 故障点在母联212#断路器充电保护范围内, 充电保护动作及时将故障点切除。若充电保护拒动, 母差保护动作可瞬时切除故障, 以确保I母继续运行。 3 新站启动时发生故障, 保护动作情况浅析 1) II母充电时:如图3所示, 通过母联212#断路器给II母充电 (263#线路断路器断开) , 母差保护及母联212#断路器充电保护投入。当II母d3处发生故障, 充电保护动作瞬时跳开母联212#断路器, 切除故障点;若充电保护拒动, 母差保护动作可瞬时切除故障。若母联212#CT接入母差极性接反, 母差保护动作将I、II母同时切除。由于I母上仅有261#一条线路, 且没带负荷, 对系统影响不大。当I母上有其他出线且有潮流穿越时, 由于母差保护已做过相量, 212#CT接入母差极性不会出现接反现象。 2) 新线路启过程中发生故障, 保护动作情况浅析: 如图3所示, 由母联212#断路器通过II母给263#线路充电。此时263#开关在合位, 母联212#充电保护、263#线路保护及母差保护均投入, 263#线路d4处发生故障。 a.若线路263#CT正确接入母差保护。此时, 故障点在充电保护及263#线路保护范围内, 充电保护和线路保护瞬时动作跳开母联212#、263#线路断路器, 切除故障点。因故障不在母线保护范围内, 故母差保护不会误动。 b.若线路263#CT接入母差极性接反。此时: Id大差=I1+I2=2Id (有故障电流输出) ; Id小差I=I1-I212=0; Id小差Ⅱ=I2+I212=I2+I1=2Id (有故障电流输出) 。 因此, 母差保护将动作跳开II母上的母联212#、线路263#断路器, 但不会误跳Ⅰ母上除母联212#断路器外的运行元件, 以确保I母继续运行, 满足继电保护选择性的要求。 4 结语 综上所述, 在双母运行方式下, 新线路启动或在母线充电过程中投入母差保护, 母线保护范围内的故障会可靠地被瞬时切除、在区外故障及CT极性错误时保护都不会误动作。另外, 厂站中充电侧是双母线接线, 如果新线路的电流互感器没有接入母差保护或者虽然接入但不能确定其极性正确时, 母差保护要投选择方式, 这样就能够预防由于差动元件在该线路发生故障而产生的误动, 造成母差保护误跳运行母线现象。同时由于有些厂家生产的母差保护与所带充电保护存在一定配合关系, 建议充电时投入母联开关保护进行充电。 参考文献 [1]李火元, 彭晓洁.电力系统继电保护及自动装置[M].北京:中国电力出版社, 1999. 2009年9月份，国外爆发数以百计的专利案件，比较典型的专利侵权诉讼案件如下： 一、软件设计思想受保护，校园支付系统出纠纷 2010年9月8日，美国德克萨斯州“校园支付系统”供应商——Higher One公司，控告Touchnet信息系统公司侵犯US7792744、US74965362两项专利。 原告公司由3名耶鲁毕业生创办于2010年，主要致力于智能卡式学生证的电子支付系统开发，以及校园电子退付款业务。 被告公司开发的软件，功能架构与原告类似，涉嫌抄袭了原告软件的设计思想，而后者恰恰被原告写入了US7792744、US74965362专利。 二、WiFi专利巨头“抓尾去头”，逼迫下游侵权人放弃应用侵权模块 2010年9月14日，爱立信在德克萨斯州东区联邦地区法院，控告台湾D-link公司、D-Link系统公司、宏碁公司、宏基美国公司、宏碁美国子公司Gateway、美国Netgear公司侵犯US7414988、US7433694、US7474897、US7305245专利。 原告认为：富士康，以及Atheros、QMI、Ralink、Gentek、Lite-On、Marvell、Realtek、Cambridge Silicon Radio等企业的无线通信芯片解决方案侵犯其专利权，六被告恰恰应用了这些解决方案。涉案产品为手机、计算机，或任何包含侵权无线通讯模块，尤其Wi Fi模块的电子产品。 三、汽车租赁优化方法专利剑指“宝马”，纯粹商业方法专利受保护 2010年9月15日，数字技术信息系统公司在佛罗里达州联邦地区法院起诉宝马汽车公司旗下的B M W租赁公司、B M W金融服务公司侵犯US7739180号专利。该专利保护租赁物品与需求的优化配置、风险管理方法，涉嫌被宝马汽车的租赁部门、金融服务部门使用。2010年6月17日，该专利正式获得授权。Bilski案后，纯粹的商业方法专利实际上已明确受美国判例法保护，该案更未加大商业方法专利的授权难度。宝马公司从专利性上开展抗辩的难度很大。 该案原告请求法院禁止被告侵权，并裁定被告给予经济补偿。 四、宁波充电器企业遭苹果6项专利打压 2010年7月，苹果公司控告3家网络商店销售的充电器侵犯其专利。2010年9月10日，苹果公司又在加州北区的联邦地区法院起诉制造商——宁波S a n h o公司，认为被告侵犯US7517222、US7627343、US7751853、US7783070专利，以及USD588545、USD618178专利。 宁波Sa n ho公司生产与苹果产品配套的充电装置，并通过网络进行贩卖，但是并非苹果公司授权的制造商。通过网络营销的中国产品如果被判侵犯美国专利，这将成为一个重要的先例。 五、信息安全行业再掀大案，Uniloc起诉36家公司专利侵权 2010年7月29日，Uniloc美国公司、Uniloc新加坡私立有限公司联合起诉Sony等7家公司侵犯US5490216专利。2010年9月13日，Uniloc美国公司、Uniloc新加坡私立有限公司联合起诉太阳风等17家公司侵犯US5490216专利。2010年9月14日，Uniloc美国公司、Uniloc新加坡私立有限公司联合起诉Adobe、CA等12家公司侵犯US5490216专利。 US5490216专利的权利要求1-16保护一种软件注册系统；权利要求17-20保护控制软件传播的方法。该专利技术在业界被广泛应用，更多的被告可能卷入诉讼。 六、Omega专利公司起诉Numerex，汽车追踪定位技术成焦点 2010年9月2日，O mega专利公司起诉Nu merex公司侵犯US6606561、US6737989、US7149623专利。这些专利的发明人均为肯斯·福利科。他拥有两家专利，一家负责汽车安全追踪产品的开发，拥有专利上百件；一家负责专利经营。该案原告，就是后一公司。 涉案专利的主要用途是：侦测到车辆的位置信息、报警信号后，以无线方式传送至监控中心。此前，Omega专利公司曾分别起诉CalAmp、AT Autosport、Lear、Astroflex等公司侵犯专利，有丰富的诉讼经验，此次更是有备而来。欧洲老牌上市公司Numerex则是第一次被告到美国专利法院。 （资料来源：案件动态来自汤姆森路透公司数据库） 飞兆半导体公司 (Fairchild Semiconductor) 为手机、移动音频、计算机和消费应用设计人员提供了一款具有USB/充电器检测功能并高度集成的过压保护 (OVP) 器件FAN3989。该器件片内集成了FET并内置自动检测功能, 可以侦测USB充电器的插拔, 所有功能均集成于单片封装内。相比分立式实现方案, 这类集成式自动检测功能可以更简化设计, 省略外围电路, 进而可以节约15%~20%的线路板空间。其过压保护功能满足新兴安全标准, 这点对于手机应用尤为重要。 FAN3989可作为USB连接监控器件用以判断是否连接USB设备或电池充电器, 它可以发送一个信号至系统控制器以指示系统USB充电器是否连接。FAN3989还可以监控VBUS是否处于过压或欠压状况下, 当VBUS低于3.3 V或高于6.0 V时, 它可以将FLAG 2引脚设置为低电平, 同时关闭内置的PMOS负载开关。与典型的分立式解决方案相比, 这些集成特性提供了更为精确的控制方法。 飞兆半导体信号调节产品高级市场经理Bill Boldt认为:“最近市场涌现的便携设备过充电问题表明了产品迫切需要更多保护功能。一些标准制定机构正在发布过压保护建议, 以增强手持产品的安全性。飞兆的FAN3989有助于解决这类应用难题, 更能确保使用USB端口连接充电器手机的安全性。” FAN3989采用超级紧凑的8引脚MLP封装, 并且采用无铅 (Pb-free) 端子, 产品潮湿敏感度符合IPC/JEDEC J-STD-020标准对无铅回流焊的要求。 更多详情请访问:www.fairchildsemi.com。 由智能手机电池的发展趋势 (图1) 可见, 这两年电池容量有所突变。据德州仪器 (TI) 电池管理产品 (BMS) 大中华区市场和应用部门经理文司华介绍, 电池容量的突变并不在于电池密度是否有显著提高, 而在于手机的屏幕变大了, 所以电池容量、电池空间增大。另外, 电池电压也在不断提高, 原来都是4.2V电池, 现在变成4.35V, 今年有厂家在做4.4V电芯。电压提高的原因是:电芯每增加0.1V, 能让电池续航时间提升5%~8%左右。 2 传统的充电设计观念 现在第五代手机 (尤其是Androiidd手机) 的电池容量能做到3000m Ah, 对整个系统构架带来挑战, 用原来的适配器去充电已经落伍了, 以前的适配器, USB 2.0是5V输出, 0.5A电流, 合计2.5W, 现在对智能机有点慢。很多标配的适配器是5V/1A, 包括苹果i Phone 5以前也是如此, 这已算不错, 但也只有5W。对于Androiidd手机, 三星以前的Galaxy S4 26000m A h应该是不够的, S 4充电电流是1.5A以上, 适配器从5W一直在往上升, 真正的BC 1.2 (Battery Charging1.2) 协议, 包括国标在内的标准适配器是5V/1.5A, 就是7.5W。但这对3 0 0 0 m A h的电芯还是不够的。因为电池充电速度其实和电池大小没关系。例如, 当智能手环上的电池只有200m Ah, 是不是用一个输出电流更大的适配器就能让它充得更快?其实不然, 因为电池充电是要符合电芯厂规定的最大许可C倍率的。200m Ah产品, 1C等于200m A, 只要把容量拿出来, m Ah的小时 (h) 拿掉, 就是1C。通常比较安全的充电速率都是0.5C, 但其实0.7C也是很安全的, 而且大部分手机可以做到0.7C。所以, 不管电池多大都用0.7C充电, 其实充电时间是一样的, 很大的电芯用0.7C充电, 3个多小时也能充满, 很小的电池也必须用3小时充满, 不能提高得更快。以上是以前的观点。 3快速充电的两种途径 现在问题来了, 如果用3000m Ah的电池, 要用0.7 C充的话, 要用0.7×3000=2.1A。但2.1A已经突破适配器的电流, 因为常规的适配器是5V/1.5A, 2.1A已经突破极限了。所以3000m Ah的Android手机的充电时间就会变慢, 这是由于快充时, 一方面现在的适配器都不能够支持正常的大电量充电, 因此充电速率变慢了;另一方面怎样把3个小时再缩短?例如, 希望用10分钟把20%的电量充到80%?需要把常规的3.5小时以上缩短到1小时或1.5小时, 这是真正的提速和快充。 解决方案的一个关键是提高电流。由于传统的USB输出功率受限, 输出电压只有5V, 所以出现一个瓶颈, 充电线的粗细程度有一定的规范, 普遍不能支持2A的电流, 原因在于线的阻抗是固定的, 电流再大, 根据P=I2R, 线阻的功率损耗较大, 尤其转接头上也有一定的接触电阻, 因此有些厂家的方案是配备特殊的线缆, 有更小的阻抗。所以, 电流增大是个途径, 但是必须付出一些代价。例如, 去年OPPO推出的闪充, 其线材、适配器都是特殊的, 这是一种方法。 另一个方法是通过升压的方式, 这是目前关注度最高的。而且今年很多量产的手机新品会带有快充, 从1C到1.5C不等, 国产厂商也一定会有这种方案。以下详细介绍这种升压方案。 升压方案可以把适配器的5V电压提升。之前市场已经有类似的方案, 只不过今天我们是从手机内部的Charger (充电) IC角度来看, 当适配器能升到7V、9V、12V时, Charger I C怎样应付这种情况。例如, T I的Max Charge bq2589x是第一款高压输入 (最大正常工作电压14V) 大电流 (5A) 充电芯片, 它的一个优势是能提升功率而不增加损耗, 因为P=UI, 在提升电压的同时, 功率随之提高, 但由于电流没有改变, 仍然在2A以下, 线缆可以不用换, 适配器接口也不用换。 4 手机主板上的快充IC USB线缆连接到手机上遇到的第一颗芯片叫Charger IC, 是放在手机主板上的 (图2) 。 TI的Max Charge可以独立识别并兼容普通5V以及更高电压输出的专有适配器。独立识别的意思是, 实际上识别高压适配器有很多种方式, 比如你可以通过AP (应用处理器, 即主芯片) 。独立的意思, Charger IC作为主板门户IC能够不需要任何其他芯片的介入, 自己就能够识别是5V适配器还是更高电压的适配器。原因是支持D+/D-信号以及VBUS电流脉冲两种适配器的握手信号。 因此, Max Charge芯片的好处, 首先是能够通过支持高输入电压支持快速的充电体验。我们可以把充电IC想象成黑盒子, 输入端的功率和输出端功率中间有9%~10%效率损耗, 输入端如果电压提升的话, 整个输入端功率也会相应提升, 输出端是单节锂电池 (现在手机、平板大都是单节锂电池, 3.7V左右) 的电压是固定的, 3V~4.2V~4.3V, 平台电压一般是3.7V, 如果计算, 例如输入端功率是7.5W, 5V/1A的适配器, 假如100%的效率, 输出端的电流约是2A。因为输出的电池电压是3.7V、3.8V平台电压, 所以:7.5/3.7≈2A。 假如今天是9V/1.5A, 即已经升压了, 9×1.5=13.5W, 输出端如果效率可以达100%, 那么输入端电流能够提升。由此可见, 在输入电压提升时能够实现快速充电。TI Max Charge是业界第一款能够同时实现支持5A充电电流和14V输入电压的芯片。 需要说明的是, 输入是从外部的适配器过来的, 一般是5V。有些适配器可以有高压输出, 但通常默认是5V输出, 但通过握手协议之后, 就会变成高压。当主板 (包括AP和Charger IC) 使能以后, 允许输出高压它就可以输出高压了, 所以这个高压是适配器给出来的。 为何平台电压会有3.7V~3.0V变化?可以把电池想象成一瓶水 (如图2最右侧) , 电流相当于水管的粗细程度, 变粗就更快了。水杯的高度是电压, 只不过水杯是中间粗、两边细的不规则形状, 因此开始充得很快, 但中间区域内呆的时间很长, 很大的就是3.7V的平台电压。这时候电流如果变得大, 注入时间就很快。所以此时快充的突破点是:为了快充, 提高了电流。 TI的方案是经Max Charge转换后电流变大。Max Charge能支持5A充电电流, 14V输入电压。5A是最大的标称值, 通常使用时会考虑到各种情况, 比如散热和电池容量, 所以3A~5A就可以做到这样一种平均的输入电流。 5 快充的效率 充电IC普遍效率是88%、89%, TI Max Charge bq2589x系列可在3.5A提升到91%, 这等于有2个百分点的提升。由于效率的提升, 在TI的实测中, 温度上升得很低, 室温下, 测试板上温度仅仅上升18℃, 以前要上升30多℃。 温升直接决定了用户体验。因为现在手机的适配器、主芯片、电池充电的温升/散热是很重要的技术瓶颈。所以很多设计体验, 由于散热不佳不得不采取折中办法。 6 放电 充电器保护电路设计 篇4
充电保护 篇5
充电保护 篇6
充电保护 篇7
充电保护 篇8
充电保护 篇9
用充电IC实现手机快速充电 篇10
今天的Charger IC设计, 所有的M OS管都集成在里面, 采用串联电路, 这样充电时要经过MOS管, 但放电的时候会受到限制, 放电时要通过一个MOS管 (Q4) 。
图3是charger IC的主流架构图, 左侧是适配器的输入端, 通过电感电流流进入, 最后进入右侧大IC里再充电。现在用手机打电话时, 放电过程一定要通过Q4元件, TI Max Charge bq2589x的特色是, 放电电流可以支持得很大, 因为Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ (表1) , 堪称业界最低的阻抗。打电话进来, 主要是功放工作, 因为你要搜寻GSM信号时要把功率调得很大, 接收塔才能接收到。因此电路这边需要很大的瞬态电流 (尖峰电流) 。Max Charge的Q4阻抗很小;如果是其他的设计方案, 由于内置Q4 MOS管的阻抗不够小, 它里面还要再加元件, 增加了成本。
具体来看, 图3的电线是有阻抗的, 其实IC里也有电阻, 这些电阻会增加损耗。如果不计成本, 这些阻抗越小越好 (注:MOS管阻抗越小IC成本越高) 。TI能在相应成本之下把阻抗降到市场最低, 这是Max Charge最大的亮点。以前5V时, 电池充电到3.7V~4V, 5V、4V和3.7V差异很小, 一个5V到右侧3.7V实际差异不大, 因此Q3导通的时间很短, 这是切换电路:Q2-Q3, Q3-Q2两个交替切换, 实现能量高效率转移。以前5V时, Q2的导通时间是最长的, 所以Q2的阻抗要越低越好。
9V到14V差距很大, 这要求Q2的导通时间要缩短, Q3的导通时间要加长, 到了Max Charge bq2589x, TI第一次把Q3阻抗降得比Q2还要低。Q3阻抗直接降到16mΩ (如表1) 。这也是Max Charge区别于竞争对手的很大差别, 即Q3的阻抗直接让Max Charge的效率有显著提高。
图4是Q2和Q3的损耗, 它的切换频率是1.5V, 属高频切换, 这样的波形一直切换下去进行充电, 它的占空比可以从此图看出来。
那么, Q 3的1 6 mΩ是怎么实现的?如果看芯片的设计, 芯片是在Si O2基板上面做的很多流程。一般M O S管在芯片里占的面积是最大的, 众所周知, 面积越大电阻越小, 电流是垂直穿过去的。要想实现16mΩ, 必须要加大MOS管的面积, 这样成本也会相应增加。关键在于Max Charge bq2589x突破了很多设计限制, 进行了优化 (比如把数字部分缩小一点) , 使之与之前的芯片 (bq2419x) 管脚兼容。
在散热方面, Max Charge也有一些封装讲究:芯片采用QFN (四方扁平无引线) 封装, 特点是QFN封装下面有Power Pad (焊盘) 。在bq2419x系列之前, 手机上的Charger IC最初是集成在PMU里的, 采用BGA或CSP封装, 等到不得不把Charge分出来的时候, Charger IC也为了节省空间, 都用BGA封装。BGA封装, 即把晶圆上切割下来的die (芯片) 的反面Pad上装上焊球, 即die本身就是封装, 是最省空间的。Max Charge之所以采用QFN封装, 主要考虑散热, 由于QFN封装下面有Power pad, 因此封装比BGA大一些, 需要焊接在整个电路板上, 热是分散的, 不是浓缩在一点的。当然, 如果电池小的话, 也没有必要用大封装快充, 也就不需要QFN。
7 快充对电池的寿命影响
两年前TI推出了Max Life, 是为了在快速充电情况下兼顾电池的充电寿命。对于任何一个电芯来说, 只要用大电流之后一定会让寿命减少。比如电芯本来有500个循环, 用大电流之后, 它就只有450个循环。今天的电池技术已经能做到相当多的循环次数, 就算用1.5C充电, 也能做几百个Cycle (循环) 以上。
Ma x Life实质上是电量计, 利用Max Life技术实时监控电芯老化特性, 具体地, 是用电量计控制Charge, Charge初始情况下设置1.5C, 但发现电池老化很快的时候可能会把1.5C降下来。
但有些场合不需要Max Life。例如大平板, 平板4000、5000m Ah的都有, 即要用大电流, 就算已经到了3A还不会损坏电池的寿命, 还小于0.7C, 这样的用户没必要用Max Life技术。
8 快充适配器
目前的快充是统一的接口, 能否快充取决于所用的适配器技术。市场上通用适配技术做不了快充, 因为功率限制。适配器必须有升压功能才行, 即适配器必须有握手的条件。
9 无线充电可以快充吗?
无线充电能够做到快充, 只不过是个系统设计问题。
无线充电的快充, 首先一定是高压快充 (一定不会是5V的) , 因为无线充电的效率要求更加严苛。因无线充电损耗要比有线充电大一些, 因此整个线圈损耗要降低, 输出要想降低, 无线输出电压一点要高过5V才能做到更高效的充电。TI去年年末推出了10W的无线充电——今天最好的适配器也就10W而已。现在i Pad2、3也就是5V/1A的充电。
1 0 IR补偿
高充电电流将在充电路径寄生电阻和内部电池阻抗上引起电压降。较高的阻抗将导致充电过早地进入了恒定电压模式, 从而使得充电时间延长。IR补偿把充电器端子电压增至高于电池调节电压 (高出的幅度为I x R压降) , 以使充电器能够在恒定电流模式中停留足够长的时间, 由此实现快速充电。
具体如图5所示, 整个曲线包含的面积单位是m A×h (时间) , 即电池的容量, 如果电池电压刚开始掉下来时就停止充电, 那么电池容量就很小, 其实还有一小半的容量没有充满。所以, 业界经常谈论的70%、30%的问题, 就是花70%的时间充30%的电量, 原因是进入到了恒压区;花30%的时间充70%的电量指的是在恒流区, 横流区面积很大。最后想真正充满还是需要时间的。除了提升电流之外, 绿色线 (细线) 比红色线充得更快, 这是由于Max Charge使用IR补偿技术, 让电池充电过程更多处于大电流恒流区, 缩短它的充电时间, 所以恒压区就缩短了。仅通过这一项技术, 就能实现17%的时间缩短。
究其原因, 理想情况下电流是大电容的, 用恒流的话, 充到4.2V就可以停止了, 因为已经充饱了, 这是电容的充电。电池是电容+电阻的等效电路, 由于电池里内阻的存在, 并且电阻在外部也有, 所以, 充电就不是理想的过程, 可以看到既有恒流区又有恒压区, IR补偿的任务是延长恒压区, 减少恒流区。
1 1 电池部门的人员组成
电池部门也是研发人员聚集的重地。以TI公司为例, 其BMS部门由七八十名电池专家组成, 其中包含化学家和芯片设计人员, 他们拥有锂电池管理、充电创新的经验。 (注:本文主要根据TI公司BMS部的文思华博士的讲演整理, 未经讲演者确认。)
参考文献
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[2]李健.充电技术:停不下“充电”的步伐[J].电子产品世界, 2012 (9) :24
[3]Maniraj S.便携式消费电子产品中的锂电池保护[J].电子产品世界, 2014 (9) :56
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