文档介绍：锂离子电池的全新电池充电解决方案
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过去数年,高效率、轻巧、快速充电、安全且符合成本效益的可携式电源需求逐渐升高,因此业界陆续开发多种新式电池技术,包括镍金属氢化物(NiMH)、可充电式硷性、锂离子(Li-ion)、和锂聚合物(Li-poly) 电池等。一般来说,这些新的电池化学机制需要更精细的充电和保护电路,才能达到最大效能并确保安全性。幸好,业界也同样开发出先进的半导体元件,能对这些电池进行充电和保护。
本文将探索这些新式电池技术的效能和限制, 也将探讨并介绍一些半导体供应商针对锂离子电池所推出的新式充电解决方案,例如 Maxim Integrated, Linear Technology 和 Texas Instruments。
电池技术
在可携式电子设备领域中,近几年出现了一些崭新的可充电式电池化学机制,足以和长久以来受到爱用的镍镉(NiCd) 技术竞争。因为镍镉技术具有低阻抗的特性,可在短时间内达到高电流,因此 NiCd 技术依然在动力工具等应用中受到欢迎。
然而,智慧型手机、平板装置与数位相机等现代可携式应用的设计人员,目前皆追求比 NiCd 具有更高容量且更低放电率的电池。此外,这些应用皆需要能快速充电且轻质的电池。符合这些需求的电池技术包括镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-ion) 和锂聚合物(Li-poly) 电池。 NiMH 电池具有更大容量和更快的充电速度,但却具有 NiCd 两倍高的自放电率,
相对来说是较高的比率(表 1)。
电池重要参数
表 1:不同化学类型的电池重要参数(资料来源:Maxim Integrated)
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诚如 Maxim Integrated 的 AN676 应用说明所述1,锂离子和锂聚合物电池在可携式产品中受到欢迎,因其具有比 NiCd 和 NiMH 电池高出许多的容量和低许多的放电率。此外,应用说明中也指出锂离子电池的重量减轻许多。因此,与 NiMH 相比,锂离子电池的每单位质量能提供几乎两倍的容量。
然而,锂离子电池亦具有几项限制。 Maxim 指出锂离子电池对於过度充电和充电不足非常敏感。过压会对电池导致永久损害,重复放电到超低电压则会导致容量减少。因此,为了保护电池,充电解决方案必须在放电和充电时限制电池的电流和电压。
有监於此,锂离子电池组通常含有一定的欠压和过压防护电路,并具有保险丝可预防暴露在过电流情况。此外,Maxim 的工程师表示,此类电池组亦含有开关,能在高压导致排放时将电池开路。
NiCd 和 NiMH 电池需要电流来源以便进行充电,但锂离子电池的不同之处在於,必须用电流和电压的来源组合进行充电。为了达到最大充电效能但又不造成损害,多数锂离子充电器会在输出电压上维持 1% 的容差。通常不建议采用更严格的容差,否则会提高困难度并增加成本。一般而言,只为了稍微增加容量并不值得增添更多麻烦。
单芯锂离子充电器
对行动电话和其他类似装置而言,偏好的电池充电方法包括采用称为「充电座」的独立单元,将装置或电池组置於其中。根据 Maxim 的资料,线性、单芯锂离子或锂聚合物充电器适合用於充电座。由於电池组或充电器单元彼此独立,而非整合在装置内部,因此较不需