手機(jī)電池及充電相關(guān)介紹.ppt

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1、手機(jī)電池及充電相關(guān)介紹,,電池是一種利用電化學(xué)的氧化-還原反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)能------電能之間轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置。,電池,,一次電池,二次電池,,,鋅錳干電池,紐扣電池,鋰原電池,鉛酸電池,鎳氫電池,鋰離子電池,一次電池,鉛酸電池,鋰離子電池,鋰離子電池,手機(jī)電池的種類,手機(jī)的電池，“從古至今”大致分為如下三類：1.鎘鎳電池是最早的一種手機(jī)電池。有記憶效應(yīng)，也就是在每次充電前要確定已將電量使用完。第一批移動(dòng)電話的電池都是這種鎘鎳電池，到今天已幾乎絕跡。2.鎳氫電池待機(jī)時(shí)間比傳統(tǒng)鎘鎳電池長(zhǎng)，記憶效應(yīng)也不明顯。不過(guò)最好還是在電力用完后再充電，才能延長(zhǎng)電池的壽命。3.鋰電池是現(xiàn)階段使用最廣泛的手機(jī)電池，

2、待機(jī)時(shí)間相對(duì)最長(zhǎng)。它沒(méi)有記憶效應(yīng)，但鋰電池的另一個(gè)特色就是電池中不能過(guò)熱，否則會(huì)燒毀。如果大家還有印象，鋰電在剛發(fā)明時(shí)是很不穩(wěn)定的，經(jīng)過(guò)這幾年的努力與克服才逐漸成熟。,鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn),鋰離子電池與鎳鎘、鎳氫電池性能的對(duì)比技術(shù)參數(shù)鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池工作電壓（V）1.21.23.6比容量(Wh/Kg)5065105-140充放電壽命(次)5005001000自放電率（%/月）25-3030-356-9有無(wú)記憶效應(yīng)有有無(wú)有無(wú)污染有無(wú)無(wú),優(yōu)點(diǎn),1.工作電壓高2.能量密度高3.自放電速率低4.循環(huán)壽命長(zhǎng)5.無(wú)記憶效應(yīng)6.環(huán)保,電池的記憶效應(yīng),“記憶效應(yīng)”是指由于電池使用過(guò)程中內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)

3、晶的一種效應(yīng)。一般發(fā)生在鎘鎳電池上，鎳氫電池較少，鋰電池則無(wú)此現(xiàn)象。發(fā)生的原因是由于電池重復(fù)地部份充電與放電不完全所致。它會(huì)使電池暫時(shí)性的容量減小，導(dǎo)致通話時(shí)間縮短。電池記憶效應(yīng)如何避免呢？應(yīng)該將電池使用到?jīng)]電再充電，切勿將還有電的電池重復(fù)充電。要將電池完全放電，必須將電池待機(jī)放置約24小時(shí)，完全放電后再充足電。如此多次循環(huán)，即可恢復(fù)電池容量(除非電池已損壞)。當(dāng)然，要完全避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，還是選購(gòu)鎳氫電池或鋰電池為佳。,手機(jī)鋰離子電池定義及相關(guān)指標(biāo),手機(jī)鋰離子電池指由一只或多只鋰離子單體蓄電池及附件組合而成，用于移動(dòng)電話的電池。充電限制電壓，按生產(chǎn)廠規(guī)定，電池由恒流充電轉(zhuǎn)入恒壓充電時(shí)的電壓

4、值（手機(jī)一般為4.2V）。額定容量，生產(chǎn)廠標(biāo)明的電池容量，指電池在環(huán)境溫度為20＋/5攝氏度條件下，以5h率放電至終止電壓時(shí)所應(yīng)提供的電量，用C表示，單位為Ah（安培小時(shí)）或mAh（毫安小時(shí)）。標(biāo)稱電壓，用以表示電池電壓的近似值（一般為3.7V）。終止電壓，規(guī)定放電終止時(shí)電池的負(fù)載電壓，其值為n2.75V（鋰離子單體電池的串聯(lián)只數(shù)用”n“表示）。,手機(jī)鋰離子電池要求,外觀放電性能常溫0.2C放電時(shí)間不低于5h，1C放電不低于51min。高低溫性能荷電保持能力充滿電后放置28d，0.2C放電不低于4.25h。循環(huán)壽命常溫1C充放電循環(huán)壽命不低于300次。環(huán)境適應(yīng)性恒定濕熱性能，振動(dòng)，跌落等。安全

5、保護(hù)性能過(guò)充及過(guò)放電保護(hù)，短路保護(hù)。電池安全要求模擬電池誤用濫用情況下電池應(yīng)不起火，不爆炸。其他指標(biāo)及要求詳見(jiàn)蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范GB/T18287-2000。,手機(jī)鋰離子電池保護(hù)電路分析,由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過(guò)程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對(duì)其過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng),該副反應(yīng)加劇后，會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問(wèn)題，因此所有的鋰離子電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害

6、。,下圖為一個(gè)典型的鋰離子電池保護(hù)電路原理圖。,如上圖所示，該保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET（V1、V2）和一個(gè)控制IC（N1）外加一些阻容元件構(gòu)成。控制IC負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池電壓與回路電流，并控制兩個(gè)MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開(kāi)關(guān)作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷，C3為延時(shí)電容，該電路具有過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下。,1、正常狀態(tài),在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很

7、小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，通常小于7μA。,鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過(guò)程，電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)

8、斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。,2、過(guò)充電保護(hù),電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過(guò)程中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將

9、由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。由于在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。在控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。,3、過(guò)放電保護(hù),由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過(guò)2C（C=電池容量/小時(shí)），當(dāng)

10、電池超過(guò)2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。電池在對(duì)負(fù)載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U>0.1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過(guò)電流保護(hù)作用。在控制IC檢測(cè)到過(guò)電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間

11、的長(zhǎng)短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測(cè)值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過(guò)電流保護(hù)值越小。,4、過(guò)電流保護(hù),電池在對(duì)負(fù)載放電過(guò)程中，若回路電流大到使U>0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。,5、短路保護(hù),以

12、上詳細(xì)闡述了單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路的工作原理，上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5421系列，在實(shí)際的電池保護(hù)電路中，還有許多其它類型的控制IC，如日本精工的S-8241系列、日本MITSUMI的MM3061系列、臺(tái)灣富晶的FS312和FS313系列、臺(tái)灣類比科技的AAT8632系列等等，其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別，有些控制IC為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時(shí)電容做到了芯片內(nèi)部，其外圍電路可以很少，如日本精工的S-8241系列。,手機(jī)鋰離子電池保護(hù)電路IC簡(jiǎn)介,除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開(kāi)關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與

13、外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對(duì)電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。隨著科技的發(fā)展，手機(jī)的體積越做越小，而隨著這種趨勢(shì)，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)電路體積的要求也越來(lái)越小，在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護(hù)IC的產(chǎn)品，如DIALOG公司的DA7112系列，有的廠家甚至將整個(gè)保護(hù)電路封裝成一顆小尺寸的IC，如MITSUMI公司的產(chǎn)品。手機(jī)的鋰離子電池在損壞后，有些是保護(hù)電路出故障(尤其是進(jìn)水機(jī)的電池)，因此有些鋰電可以拆開(kāi)來(lái)修復(fù)，既環(huán)保又不浪費(fèi)。,手機(jī)側(cè)電池管理實(shí)際應(yīng)用案例,下面以高通QSC62x0平臺(tái)的電池管理為例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：,USB充電作為主要電源,上圖是以AC充電作為主要電源，下圖是以USB充電作為主要電源：,AC充電和USB充電可選電路設(shè)計(jì),,充電曲線,另一種充電管理案例（AD6857）,ACVCHGorUSB_VBUS,ABB_VCHG,ABB_VCHG,ABB_VCHG,Thanks！,