巴彥淖爾冠軍蓄電池
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教您如何掌握電池與充電管理中的平衡點(diǎn)
便攜式電子設(shè)備設(shè)計(jì)人員可以選擇各種各樣的化學(xué)技術(shù)、充電器拓?fù)湟约俺潆姽芾斫鉀Q方案。選擇一款最為合適的解決方案應(yīng)該是一項(xiàng)很簡單的工作，但是在大多數(shù)情況下這一過程頗為復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員需要在性能、成本、外形尺寸以及其他關(guān)鍵要求方面找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。本文將為廣大設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)工程師提供一些指導(dǎo)和幫助以使得該選擇工作變得更為輕松。
以 3 “C”開始實(shí)現(xiàn)充電控制
所有使用可充電電池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都需要清楚一些基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)，以確保滿足下面三個(gè)關(guān)鍵的要求：
1、電池安全性: 毋庸置疑，終端用戶安全是所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮的問題。大多數(shù)鋰離子 (Li-Ion) 電池組和鋰聚合物 (Li-Pol) 電池組都含有保護(hù)電子電路。然而，還有一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的關(guān)鍵因素。其中包括但不局限于確保在鋰離子電池充電最后階段期間 ±1% 的穩(wěn)壓容限、安全處理深度放電電池的預(yù)處理模式、安全計(jì)時(shí)器以及電池溫度監(jiān)控。
2、電池容量：所有的電池充電解決方案都要確保在每一次和每一個(gè)充電周期都能將電池容量充至充滿狀態(tài)。過早的終止充電會(huì)導(dǎo)致電池運(yùn)行時(shí)間縮短，這是當(dāng)今高功耗的便攜式設(shè)備所不希望的。
3、電池使用壽命：遵循建議的充電算法是確保終端用戶實(shí)現(xiàn)每個(gè)電池組最多充電周期的重要一步。利用電池溫度和電壓限定每一次充電、預(yù)處理深度放電電池并避免過晚或非正常充電終止是最大化電池使用壽命所必須的一些步驟。
如何尋求電池與充電管理中的最佳平衡點(diǎn)
表1：充電控制總結(jié)。
電池化學(xué)技術(shù)的選擇
現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在多種電池化學(xué)技術(shù)中進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)人員通常會(huì)根據(jù)下面的一些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電池化學(xué)技術(shù)的選擇，其中包括：
* 能量密度
* 規(guī)格和外形尺寸
* 成本
* 使用模式和使用壽命
近年來，盡管使用鋰離子電池和鋰聚合物電池的趨勢增強(qiáng)，但是 Ni 電池化學(xué)技術(shù)仍然是諸多消費(fèi)類應(yīng)用一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng)。
無論選擇何種電池化學(xué)技術(shù)，遵循每一種電池化學(xué)技術(shù)的正確充電管理技術(shù)都是至關(guān)重要的。這些技術(shù)將確保電池在每一次和每個(gè)充電周期都能被充至最大容量，而不會(huì)降低安全性或縮短電池使用壽命。
NiCd/NIMH
在一個(gè)充電周期開始之前，并且盡可能在開始快速充電之前對(duì)鎳鎘 (NiCd) 電池和鎳氫 (NiMH) 電池必須要進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)節(jié)。如果電池電壓或溫度超出了允許的極限是不允許進(jìn)行快速充電的。出于安全考慮，對(duì)所有“熱”電池（一般高于 45℃）的充電工作都會(huì)暫時(shí)終止，直到電池冷卻到正常工作溫度范圍內(nèi)才會(huì)再次運(yùn)轉(zhuǎn)。要想處理一個(gè)“冷”電池（一般低于 10℃）或過度放電的電池（每節(jié)電池通常低于 1V），需要施加一個(gè)溫和的點(diǎn)滴式電流。
當(dāng)電池溫度和電壓正確時(shí)快速充電開始。通常用 1C 或更低的恒定電流對(duì) NiMH 電池進(jìn)行充電。一些 NiCd 電池可以用高達(dá) 4C 的速率進(jìn)行充電。采用適當(dāng)?shù)某潆娊K止來避免有害的過充電。
就鎳基可充電電池而言，快速充電終止基于電壓或溫度。如圖 1 所示，典型的電壓終止方法是峰值電壓探測，在峰值時(shí)即每個(gè)電池的電壓在 0～-4mV 范圍內(nèi)，快速充電被終止�；跍囟鹊目焖俪潆娊K止方法是觀察電池溫度上升率
來探測完全充電。典型的 率為 1℃/每分鐘。
如何尋求電池與充電管理中的最佳平衡點(diǎn)
圖1：鎳電池化學(xué)技術(shù)的充電曲線。
鋰離子/鋰聚合物電池
與 NiCd 電池和 NiMH 電池相類似，在快速充電之前盡可能檢驗(yàn)并調(diào)節(jié)鋰離子電池。驗(yàn)證和處理方法與上述使用的方法相類似。
如圖 2 所示，驗(yàn)證和預(yù)處理之后，先用一個(gè) 1C 或更低的電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電，直到電池達(dá)到其充電電壓極限為止。該充電階段通常會(huì)補(bǔ)充高達(dá) 70% 的電池容量。然后用一個(gè)通常為 4.2V 的恒定電壓對(duì)電池進(jìn)行充電。為將安全性和電池容量，必須要將充電壓穩(wěn)定在至少 ±1%。在此充電期間，電池汲取的充電電流逐漸下降。就 1C 充電率而言，一旦電流電平下降到初始充電電流的 10～15% 以下充電通常就會(huì)終止。
如何尋求電池與充電管理中的最佳平衡點(diǎn)
圖2：鋰離子電池化學(xué)技術(shù)充電曲線。
開關(guān)模式與線性充電拓?fù)涞膶?duì)比
傳統(tǒng)上來說，手持設(shè)備都使用線性充電拓?fù)洹Ｔ摲椒ň哂兄T多優(yōu)勢：低實(shí)施成本、設(shè)計(jì)簡捷以及無高頻開關(guān)的無噪聲運(yùn)行。但是，線性拓?fù)鋾?huì)增加系統(tǒng)功耗，尤其是當(dāng)電池容量更高引起的充電率增加的時(shí)候。如果設(shè)計(jì)人員無法管理設(shè)計(jì)的散熱問題，這就會(huì)成為一個(gè)主要缺點(diǎn)。
當(dāng) PC USB 端口作為電源時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)其他一些缺點(diǎn)。當(dāng)今在許多便攜式設(shè)計(jì)上都具有 USB 充電選項(xiàng)，并且都可提供高達(dá) 500mA 的充電率。就線性解決方案而言，由于其效率較低，可以從 PC USB 傳輸?shù)摹半娔堋绷烤捅淮蟠蠼档�，從而�?dǎo)致了充電時(shí)間過長。
這就是開關(guān)模式拓?fù)溆杏梦渲氐脑�。開關(guān)模式拓?fù)涞闹饕獌?yōu)勢在于效率的提高。與線性穩(wěn)壓器不同，電源開關(guān)（或多個(gè)開關(guān)）在飽和的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，其大大降低了總體損耗。降壓轉(zhuǎn)換器中功率損耗的主要包括開關(guān)損耗（在電源開關(guān)中）以及濾波電感中的 DC 損耗。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)的不同，在這些應(yīng)用中出現(xiàn)效率大大高于 95% 的情況就不足為奇了。
當(dāng)人們聽到開關(guān)模式這個(gè)術(shù)語時(shí)大多數(shù)人都會(huì)想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型電感! 事實(shí)上，雖然對(duì)于處理數(shù)十安培電流的應(yīng)用而言確實(shí)是這樣，但是對(duì)于手持設(shè)備的新一代解決方案而言情況就不一樣了。新一代單體鋰離子開關(guān)模式充電器采用了最高級(jí)別的芯片集成，高于 1MHz 的使用頻率以最小化電感尺寸。圖 1 說明了當(dāng)今市場上已開始銷售的此類解決方案。該硅芯片的尺寸不到 4mm2，其集成了高側(cè)和低側(cè) PowerFET。由于采用了 3MHz 開關(guān)頻率，該解決方案要求一個(gè)小型 1μH 電感， 其外形尺寸僅為：2×2.5×1.2mm (WxLxH)。
日常檢查
1、液面
低于額定的液面，將縮短蓄電池的使用壽命，而且電解液太少將導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱損壞，因此，必須經(jīng)常注意電解液是否足夠。
2、接線柱、導(dǎo)線、蓋子
必須經(jīng)常檢查蓄電池接線柱接合處、與導(dǎo)線的連接處因氧化引起的腐蝕情況，同時(shí)檢查蓋子是否變形、是否有發(fā)熱現(xiàn)象。
3、外觀
蓄電池表面骯臟將引起漏電，應(yīng)使蓄電池表面隨時(shí)清潔、干燥。
二、保養(yǎng)
1、加水
按規(guī)定的液面添加蒸餾水，不要為了延長加水間隔時(shí)間而添加過多的蒸餾水，加水過多電解液會(huì)溢出，導(dǎo)致漏電。
2、充電
充電過程中蓄電池會(huì)產(chǎn)生氣體，應(yīng)保持充電場所通風(fēng)良好，周圍沒有明火，同時(shí)充電過程中產(chǎn)生的氧氣、酸性氣體將對(duì)周圍產(chǎn)生影響。
充電期間拔下充電插頭會(huì)產(chǎn)生電弧，將充電機(jī)關(guān)閉后，方可拔下插頭。
充電后在蓄電池周圍滯留許多氫氣，不允許有任何明火，應(yīng)開啟蓄電池上的蓋板進(jìn)行充電。
3、接線柱、導(dǎo)線、蓋子的維修
必須由生產(chǎn)廠家指定的專業(yè)技術(shù)人員方可進(jìn)行。
4、清潔
若不太臟，可以用濕布擦干凈，若非常臟，就要將蓄電池從車上卸下，用水清洗后使之自然干燥。
三、保管
1、保管場所
不能使之短路
因雨淋導(dǎo)致短路可能產(chǎn)生火災(zāi)，并可能產(chǎn)生少量氫氣，因此必須將蓄電池存放在通風(fēng)、陰涼的場所。
2、廢舊的蓄電池
廢舊的蓄電池仍然存有電能，應(yīng)按照使用的蓄電池存放方法進(jìn)行保管。
四、電解液的操作
1、檢查比重
使用吸入式比重計(jì)檢查比重，作業(yè)時(shí)不要讓電解液濺灑出來，并要穿戴保護(hù)用具。
2、除檢查以外的操作
應(yīng)向?qū)I(yè)人員咨詢，特別是補(bǔ)充電解液（稀硫酸）時(shí)。
3、電解液泄露
由于蓄電池傾翻、破損導(dǎo)致電解液泄露，應(yīng)立即進(jìn)行緊急處理（參照緊急處理事項(xiàng)）
五、壽命終期蓄電池的操作
1、壽命終期蓄電池的操作
蓄電池接近壽命終期時(shí)單格電池內(nèi)的電解液消減得非�？�，應(yīng)每天補(bǔ)充蒸餾水。
2、廢舊蓄電池的處理
對(duì)于廢舊蓄電池，抽出電解液，將蓄電池分解�？缮陶勈欠裼尚铍姵厣a(chǎn)廠家回收。
六、緊急處理
1、電解液濺到皮膚上
用大量水沖洗
2、電解液濺灑到眼睛
用大量清水沖洗，然后接受專業(yè)醫(yī)生的治療
3、電解液濺灑到衣服
立即脫下衣服，用水沖洗后再用弱堿性皂液沖洗。
4、電解液泄露
電解液泄露到外部時(shí)，立即用石灰、強(qiáng)碳酸蘇打或碳酸蘇打等進(jìn)行中和，并用大量的水沖洗。
