电子发烧友网 > 模拟技术 > 正文

电池充电电源端的电流和电压噪音产生的原因和解决方法

2020年09月22日 11:47 次阅读

设计电池供电的产品时,工程师需要保证电池在实际应用环境中的适用性。相关测试常采用专用电池测试设备,但有时工程师会转而采用标准的通用程控电源对电池充电,并用电子负载对电池放电。

这类在研发实验室中常见的标准电源构成的测试方案比专用电池测试设备更加灵活。这是因为可以对标准电源和电子负载进行编程控制,使其能够提供多种充放电配置,从而满足特定的不同应用需求。

首先来看将标准程控电源用于锂离子电池充、放电循环过程的充电阶段典型步骤(图 1 )。电源按照电池的规格设定充电电流大小,以恒定电流(CC)的工作方式开始充电。电池开始充电后,其内部电压会升高。随着充电过程持续,电池电压逐渐达到其开路电压。

图1:锂离子电池的典型充放电循环。

图中文字中英对照

在该点,电源将达到其程序设定的电压上限(可通过编程将上限值设为电池开路电压),然后其将进入恒定电压(CV)工作模式。进入 CV 模式后,电源对电池的输出电流开始下降,对电池的电压则保持恒定。

一般会希望充电电流低于设定的截止值时终止充电。比如说,在对汽车电池等大型电池充电时,可设最大充电电流为 20 A,截止电流为 50 mA。达到截止电流值后,电池可视为已充满,应停止充电,电池充放电循环进入下一阶段,通常会静置一段时间。

首先,要考虑使用何种设备测量电池充电电流。由于讨论的是大电流充电,使用电流计测量并不现实,因为最大电流值可能超过常见数字万用表(DMM)的电流量程。因此假设使用电源内置的电流测量功能来测量充电电流。稍后再来谈这个问题。

如上所述,要终止充电,需要测量电流值并将测量值与截止值进行对比。如果电流测量时有噪声干扰,将很难确定何时终止充电。与最大充电电流相比,截止电流阈值很低,这意味着需要在较大的动态范围内测量电流。因此,在较低电流环境下,噪声是个大问题。

回想一下刚才提到的大型电池充电的例子,该电池的充电电流值为 20 A,截止电流值为 50 mA。如果充电电流为 20 A 时噪声为 100 mA,则噪声会导致 0.5% 的测量误差,这也许可以容忍。但是,100 mA 的噪声会导致 50 mA 的截止电流难以测量,使得测试人员难以确定何时终止充电。

电流测量噪声源的分析

来看看测试环境(图 2)。这是一个很简单的测试环境,电源与需要充电的电池相连。常将电池视作含有串联内阻的理想电池。可使用专用电池测试设备或LCR 表通过交流电阻(ACR)测量获得内部电阻值。

图2: 充电电源对低内阻电池充电。

图中文字中英对照

大型电池的内阻多为数十毫欧姆,小型电池的内阻多为数百毫欧姆,而像纽扣电池这样更小的电池,内阻可能达到几个欧姆。但在本例中讨论的对象为大电流电池,因此设电池内阻为数十毫欧姆。

电池充电电源输出端存在电压噪声。量程10 V的电源输出噪声为10 mV峰峰值是很普遍的。图 3 描绘了电池和电源的简单模型,标明了阻抗和噪声源。频率低于 100 Hz 时,RPS_OUT 趋近 0 Ω。电源的输出电压噪声表现为与直流输出串联的交流电压源。该交流电压(即噪声)又表现为通过电池内部较低阻值的串联电阻的交流电流,根据欧姆定律:INOISE = VNOISE / (RPS_OUT + RCELL)。

图3: 连接好这个更复杂的充电电源模型,对低内阻电池进行充电。

电流测量结果中的噪声并非测量噪声。这种噪声实际上是真正的电流噪声,这是由电源输出电压噪声转换为电池内阻电流造成的。因为电池内阻很低,使用低噪声电源也会在电池中造成电流噪声。

改善截止电流的方法

如上述分析,电源测量充电截止电流的噪声来源于电源电压输出噪声,最简单的方法就是对测量结果求平均。通过几秒甚至一分钟的长积分时间电流测量,可以将交流分量过滤,通过这种方法可以获得稳定的直流电流值,然后再与截止阈值对比。

但如果电源本身不可设定电流测量积分时间怎么办?在这种情况下,可以进行多次测量,将测量值输入电脑求其平均值,并用平均值与截止电流对比。

图4: 电源对低内阻电池充电时,可添加电感器来降低噪声。

图中文字中英对照

另一种方法是将电感器与电池串联(图 4)。电感在低频下阻抗较低,高频下阻抗较高。根据欧姆定律,得到 INOISE = VNOISE/(ZPS_OUT + ZINDUCTOR + ZCELL),随着频率提高,ZINDUCTOR 逐渐增大,成为分母中的最大值。因此,随着频率升高,电流噪声(INOISE)逐渐降低。

因此,在高频下,电感将成为噪声的低通滤波器和衰减器。这种方法可以清除噪声,可以更好地确定是否达到直流截止电流。理想情况下,电感滤波器的截至频率可以做到10 Hz左右,大幅降低近直流电流的感应噪声电流。设充电电流为 20 A,电池串联电阻 10 mΩ,需要使用数百微亨的电感。

需要注意的是,这个电感需要能承受 20 A 的充电电流,因此不能采用小型表面贴装元件,可利用环形铁芯上缠绕线圈来制作合适的电感。

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证

本期直播分享主题:电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证直播亮点:1、
发烧友学院发表于 2019-11-05 00:00 8493次阅读
电子老顽童:深入讲解 Buck Top结构及搭建Buck电路方案验证

国轩高科徐兴无:三元锂811电池的安全问题还未获...

近段时间以来,国内已发生了多起电动车起火事故,并且这些车辆也都搭载了三元锂电池。因此,行业对于三元锂....
发表于 2020-09-22 11:21 22次阅读
国轩高科徐兴无:三元锂811电池的安全问题还未获...

系留无人机的主要功能特点及在单兵基站中的用途分析

最近看到一些机友用第三方地面站软件,飞出五花八门的航拍视频和航测影像,精彩程度和实用性远远竟然甩了无....
发表于 2020-09-22 11:08 15次阅读
系留无人机的主要功能特点及在单兵基站中的用途分析

电源技术之串联谐振电路(二)

串联谐振电路的带宽如果串联RLC电路由恒定电压下的可变频率驱动,则电流的大小I与阻抗Z成正比,因此在谐振时,...
发表于 2020-09-22 09:38 0次阅读
电源技术之串联谐振电路(二)

电源技术之串联谐振电路(一)

如果将幅值固定但频率不同的电源电压施加到电路上,电路的特性将会发生什么。由于此变化的频率,电路的“频率响应”行...
发表于 2020-09-22 09:31 0次阅读
电源技术之串联谐振电路(一)

电源技术之相差和相移(二)

电压波形沿水平参考轴从零开始,但在同一时刻,电流波形的值仍为负,并且直到30 o之后才与该参考轴交叉。然后,当电...
发表于 2020-09-21 18:26 147次阅读
电源技术之相差和相移(二)

电源技术之相差和相移(一)

从之前的文章中我们看到正弦波形是一个交替量,可以在时域中沿水平零轴以图形方式表示。我们还看到,作为交变量,正...
发表于 2020-09-21 18:22 147次阅读
电源技术之相差和相移(一)

8英寸晶圆代工产能吃紧,产品交期将延长并提高价格...

据台媒中央社报道,8英寸晶圆代工产能供不应求,不仅交期延长至4个月,报价也传出将提高1成,部分IC设....
发表于 2020-09-21 16:40 111次阅读
8英寸晶圆代工产能吃紧,产品交期将延长并提高价格...

锂离子电池SEI膜形成过程中可能的机理和影响因素

本文着重阐述了锂离子电池中负极表面的“固体电解质界面膜”(SEI 膜) 的成膜机理,并分析了SEI膜....
发表于 2020-09-21 16:27 127次阅读
锂离子电池SEI膜形成过程中可能的机理和影响因素

锂电池生产短期内供需平衡良好,但不利于长期发展

研究人员已经敲响了警钟。如果不认真致力于二次电池的使用,回收和车辆到电网的应用,那么脱碳工作可能比预....
发表于 2020-09-21 15:57 81次阅读
锂电池生产短期内供需平衡良好,但不利于长期发展

锂离子电池PACK放电容量受什么因素影响

锂离子电池具有容量大、比能量高、循环寿命好、无记忆效应等优点,发展迅速,容量作为其最关键的性能指标也....
发表于 2020-09-21 14:20 48次阅读
锂离子电池PACK放电容量受什么因素影响

锂离子电池的极片辊压出现的问题及解决方法

 在实际生产中 ,借助于自动辊涂机如何使极片集体与活性物质料浆精密结合为一个有效的整体?在极片外观、....
发表于 2020-09-21 14:11 71次阅读
锂离子电池的极片辊压出现的问题及解决方法

硅/碳复合负极材料研究现状及结构设计

Si/C复合材料由于其超高理论比容量和高导电性有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,其结构设计的选....
发表于 2020-09-21 14:09 125次阅读
硅/碳复合负极材料研究现状及结构设计

电池使用过程中负极衰减的原理及减少容量衰减的方法

析锂、电极表面钝化膜的增厚、可循环锂量的损失、活性物质结构的破坏等现象均可导致锂电池寿命的衰减 。其....
发表于 2020-09-21 11:31 181次阅读
电池使用过程中负极衰减的原理及减少容量衰减的方法

常见的电源研发问题及解答

在电源研发的过程中,我们总会遇到这样或者那样的问题,这里有大牛多年研发电源问题及解答,一起学习吧!
发表于 2020-09-21 10:17 158次阅读
常见的电源研发问题及解答

XKB Connectivity推出10A直流电...

近期,全球互接零组件制造企业 XKB Connectivity针对消费领域推出:大电流10A电源插座....
发表于 2020-09-21 10:17 51次阅读
XKB Connectivity推出10A直流电...

电源技术之RLC电路分析(二)

串联RLC电路的阻抗由于三个矢量电压彼此异相,因此X L,X C和R也必须彼此“异相”,并且R,X L和X C之间...
发表于 2020-09-21 09:21 101次阅读
电源技术之RLC电路分析(二)

电源技术之RLC电路分析(一)

在纯欧姆电阻器中,电压波形与电流“同相”。在纯电感中,电压波形将电流“领先”了90 o,从而得到以下表达式:ELI...
发表于 2020-09-21 09:14 101次阅读
电源技术之RLC电路分析(一)

使用MDO系列示波器进行环路响应测试

电源是现代工业的基石,为了设计出效率更高、噪声更小的电源类产品,工程师就需要花更多的时间和精力在电源....
发表于 2020-09-21 09:09 67次阅读
使用MDO系列示波器进行环路响应测试

开关电源的常见缺陷及修补方法

缺陷景象:开机电源指示灯不亮。查看内容:电源是不是接好,闸刀是不是闭合,假定是三相电源是不是有缺相。
发表于 2020-09-19 11:31 215次阅读
开关电源的常见缺陷及修补方法

如何预防和避免对网络分析仪造成损坏

  网络分析仪对于工程师而言属于比较常用的一类仪器,那么在日常使用仪器过程中需要注意哪些问题呢?随着....
发表于 2020-09-19 09:39 148次阅读
如何预防和避免对网络分析仪造成损坏

5V-13V宽电压输入低成本转5V方案?

5V-13V宽电压输入,希望输出5V控继电器用电流90ma左右,只用于控制继电器,三极管控制继电器,该5v用于集电极电压。...
发表于 2020-09-18 19:28 54次阅读
5V-13V宽电压输入低成本转5V方案?

UPS的作用_UPS的维护

程控沟通机、数据通讯处理体系、核算机、通讯基站、安防监控体系等设备在作业基地求沟通供电体系不能停电,....
发表于 2020-09-18 17:04 112次阅读
UPS的作用_UPS的维护

GaN技术可突破硅基IGBT和SiC等现有技术的...

GaN技术突破了硅基IGBT和SiC等现有技术的诸多局限,可为各种功率转换应用带来直接和间接的性能效....
发表于 2020-09-18 16:19 194次阅读
GaN技术可突破硅基IGBT和SiC等现有技术的...

影响磁性元器件发展六大产业发展的机遇与存在哪些挑...

5G时代,频段增加,手机机身大小不变,被动元器件单机用量提升,小型化趋势明显,手机磁性元器件市场规模....
发表于 2020-09-18 15:37 131次阅读
影响磁性元器件发展六大产业发展的机遇与存在哪些挑...

电源模块的选型需根据实际需求的指标来进行筛选

确定电源的规格,根据实际需求的指标进行筛选,确定使用标准电源模块还是非标,非标电源可按需求定制生产。....
发表于 2020-09-18 15:03 68次阅读
电源模块的选型需根据实际需求的指标来进行筛选

【每日精选】如何解决放大器的失真与噪声源?学会这...

电源技术之AC电容和电容电抗(一) 纯交流电容 电路 中流过的电压和电流之间的相位关系的方法有很多,....
发表于 2020-09-18 14:17 110次阅读
【每日精选】如何解决放大器的失真与噪声源?学会这...

【每日精选】如何解决放大器的失真与噪声源?学会这招不再怕

纯交流电容电路中流过的电压和电流之间的相位关系的方法有很多,但是一种非常简单易记的方法是使用称为“ ICE”的...
发表于 2020-09-18 14:05 56次阅读
【每日精选】如何解决放大器的失真与噪声源?学会这招不再怕

电源技术之正弦波形(二)

弧度,(RAD)在数学上被定义为一个圆的四分之一,其中对向的圆的圆周的距离等于半径(长度ř同一个圆的)。由于圆...
发表于 2020-09-18 12:53 66次阅读
电源技术之正弦波形(二)

电源技术之正弦波形(一)

如果此单线导体在固定磁场中移动或旋转,则由于导体通过磁通量的运动,会在导体内引起“ EMF”(电动势)。 从中...
发表于 2020-09-18 12:49 9次阅读
电源技术之正弦波形(一)

保时捷发布新移动充电解决方案,可同时为10辆电动...

在全新电动车方面,保时捷并没有特斯拉涉足得早。但是Taycan这款车型出现以后,保时捷也就直接跨入了....
发表于 2020-09-18 12:13 274次阅读
保时捷发布新移动充电解决方案,可同时为10辆电动...

PMIC为Telechips产品提供“完美匹配”...

Dialog高效且具成本效益的PMIC为Telechips最新产品提供完美匹配的电源解决方案 英国伦....
发表于 2020-09-18 09:30 250次阅读
PMIC为Telechips产品提供“完美匹配”...

手机连接器的详细资料说明

手机连接器是手机中重要的电子元器件,它们的好坏直接关系到手机的质量和其使用的可靠性。手机绝大部分的售....
发表于 2020-09-17 17:42 167次阅读
手机连接器的详细资料说明

如何克服高速PCB设计中信号完整性问题?

PCB基板:PCB构造期间使用的基板材料会导致信号完整性问题。每个PCB基板具有不同的相对介电常数(....
发表于 2020-09-17 15:48 166次阅读
如何克服高速PCB设计中信号完整性问题?

减少PCB地面反弹的设计注意事项

为相应的VCC / GND对添加去耦电容。去耦电容应尽可能靠近器件的电源和接地引脚。如果电源和GND....
发表于 2020-09-17 15:36 120次阅读
减少PCB地面反弹的设计注意事项

【每日精选】晶闸管是如何运用设计的?这些问题不容...

晶闸管竟有这些用法,看完醍醐灌顶!(图文实例讲解) 晶闸管 是 高速 开关 ,可用于代替许多 电路 ....
发表于 2020-09-17 13:47 134次阅读
【每日精选】晶闸管是如何运用设计的?这些问题不容...

低阻抗电源驱动ADC输入会如何影响数据采集系统

工程师们喜欢通过多种方法简化设计流程。我最喜欢的是一直采用低阻抗电源驱动模数转换器 (ADC) 输入....
发表于 2020-09-17 09:58 63次阅读
低阻抗电源驱动ADC输入会如何影响数据采集系统

PCB设计的注意事项介绍

如果设计者选择的是线性稳压器,则在系统允许的情况下,建议使用散热器或其他冷却方法。风扇可以集成到设计....
发表于 2020-09-16 16:36 276次阅读
PCB设计的注意事项介绍

针对RTX 30显卡的电源选购指南,应该如何进行...

电源应该选择多大功率的?这个事要参考很多需求,耗电的大头是CPU和显卡,有人习惯用TDP功耗作为参考....
发表于 2020-09-16 15:35 208次阅读
针对RTX 30显卡的电源选购指南,应该如何进行...

TI钱博士以他自己的方式造福广大的中国工程师

1993年即赴美深造、定居达拉斯多年的钱金荣博士没想到在自己职业生涯的后期,会遇到一项特殊任务,让自....
发表于 2020-09-16 14:13 147次阅读
TI钱博士以他自己的方式造福广大的中国工程师

如何区分太阳能电池的多晶硅和单晶硅电路板?

太阳能电池的发展过程,主要经历了三个阶段:第一阶段,主要是多晶硅、单晶硅太阳能电池。第二阶段,主要是....
发表于 2020-09-16 12:20 277次阅读
如何区分太阳能电池的多晶硅和单晶硅电路板?

广州制定目标:2025年开发出具有自主核心技术的...

近日广州市政府办公厅印发《关于促进汽车产业加快发展的意见》,其中制定发展目标到2025年开发出具有自....
发表于 2020-09-16 12:00 88次阅读
广州制定目标:2025年开发出具有自主核心技术的...

研究员发现克思特光伏电池材料中存在晶格缺陷可提高...

国际研究小组发现,克思特光伏电池材料中存在的一些晶格缺陷实际上可以提高效率,而不是降低效率。该小组相....
发表于 2020-09-16 11:35 90次阅读
研究员发现克思特光伏电池材料中存在晶格缺陷可提高...

U3215S电源的特性

Winter is coming,电源IC厂商友恩半导体知道明天的太阳会照旧升起,但是在这漆黑的夜晚....
发表于 2020-09-16 11:25 145次阅读
 U3215S电源的特性

电流反馈放大器的应用问题及解决方法分析

电流反馈 (CFB) 放大器大部分归属高速放大器范畴。近年来所推出的大量良好应用指南主要用来介绍应用....
发表于 2020-09-16 10:18 170次阅读
电流反馈放大器的应用问题及解决方法分析

在应用电路中实现高增益和高带宽时如何获取高信噪比

由于目标增益非常高,首先需要检查直流 (DC) 工作的情况,以检验输出偏移电压是否处于预设范围以内。....
发表于 2020-09-16 10:12 79次阅读
在应用电路中实现高增益和高带宽时如何获取高信噪比

利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源

对于本次实验,我将使用鲜为人知的OPA615放大器。如果查看产品说明书,您就会发现这款放大器最初是作....
发表于 2020-09-16 10:06 94次阅读
利用跨导放大器实现开发高输出电流脉冲源

实验室仪器金属分析仪器的操作方法和步骤

金属分析仪器作为仪器中最常用的仪器,应用范围十分的广泛,用户大概都了解,正确的操作仪器可以提高仪器的....
发表于 2020-09-16 09:29 59次阅读
实验室仪器金属分析仪器的操作方法和步骤

使用激光切割机出现的常见问题和原因、解决措施

使用激光切割机出现的常见问题和原因、解决措施
发表于 2020-09-15 16:02 230次阅读
使用激光切割机出现的常见问题和原因、解决措施

耦合电感的技术优势及与传统电感设计的对比

耦合电感常用于多相电源拓扑,充分利用其相间磁耦合电流纹波相抵消的技术优势。使用普通分立式电感时,一般....
发表于 2020-09-15 10:03 106次阅读
耦合电感的技术优势及与传统电感设计的对比

下一代储能电池推动以清洁和绿色方式满足全球电力需...

什么叫能源互联网?2011年美国学者提出了明确的能源互联网,是基于可再生能源的、分布式、开放共享的网....
发表于 2020-09-14 16:20 475次阅读
下一代储能电池推动以清洁和绿色方式满足全球电力需...

如何保持电源的完整性 浅谈SSN产生原理

同步开关噪声(SSN)是指由于多个输出同时发生翻转而引起的感应噪声。
发表于 2020-09-14 14:43 660次阅读
如何保持电源的完整性 浅谈SSN产生原理

采用差分放大器来替代平衡-不平衡变压器的应用设计

平衡-不平衡变压器不能对来自电源的阻抗进行缓冲。在存在来自 ADC 输入采样 / 保持电路的回踢干扰....
发表于 2020-09-14 10:00 92次阅读
采用差分放大器来替代平衡-不平衡变压器的应用设计

转型锂电5年未果,金鹰股份筹划的浙江国资入主又告...

转型锂电5年未果,金鹰股份筹划的浙江国资入主又告吹。
发表于 2020-09-14 09:56 230次阅读
转型锂电5年未果,金鹰股份筹划的浙江国资入主又告...

又一起电动汽车自燃事件!三元锂电池还能继续使用吗...

在电动车的电池选装方面,一向是让厂商头疼的问题,是选用能量密度高、续航长但是不够稳定的三元锂电池,还....
发表于 2020-09-14 09:31 1632次阅读
又一起电动汽车自燃事件!三元锂电池还能继续使用吗...

表面干干净净的智能洗衣机,竟然细菌总数超标!

对于我来说洗衣机就是最伟大的发明之一,可以说是一件极大提高生活幸福感的电器。不过洗衣机作为一件能把脏....
发表于 2020-09-13 11:49 447次阅读
表面干干净净的智能洗衣机,竟然细菌总数超标!

大功率LED灯珠烧掉的原因是什么?

在使用纽扣电池的时候,因为纽扣电池电压虽然为3V,但是因为纽扣电池放电电流很小,所以,3V LED灯....
发表于 2020-09-12 11:19 425次阅读
大功率LED灯珠烧掉的原因是什么?

为什么电池会爆炸?如何降低爆炸事故率

有研究机构为了降低电池起火的事故,他们为电池的导电板,即阳极,设计了碳纳米管,可以安全地存储大量锂离....
发表于 2020-09-12 11:13 773次阅读
为什么电池会爆炸?如何降低爆炸事故率

海边环境下LED显示屏选购要注意的哪些问题?

在后期过程中,湿度过大造成LED显示屏的PCB板、电源、电源线等零器件就比较容易被氧化腐蚀,而产生故....
发表于 2020-09-12 11:08 283次阅读
海边环境下LED显示屏选购要注意的哪些问题?