1、磷酸铁锂电池及充电器原理结构 随着科学技术的发展及电化学材料及工艺技术的进步，人们不断地研究、开发出新型电池材料及新型电池。继镍镉、镍氢可充电电池之后，在 1991 年开发出可充电的锂离子电池，1995 年又推出性能更好的聚合物锂电池，到 2002 年后，新型磷酸铁锂电池又问世。 2），另外还有少数采用氧化锰锂（LiMn 2O4）及氧化镍锂（LiNiO 2）作正极材料。新型磷酸铁锂电池是一种用磷酸铁锂（LiFePO 4）作电池正极，用石墨作负极的锂离子电池。它的工作原理与锂离子电池完全相同，是锂离子电池家族中的新成员。4 电池。4 电池应是最便宜的。另外它具有放电平台特别平坦、能用大放电率放电
2、（510C）、特别安全（不会因过充电、过放电、甚至短路时发生燃烧或爆炸）、循环寿命长、对环境无污染等特点，作为大电流输出的动力电池，它的性能是最佳的。4 正极材料，有一些工厂已小批量生产各种不同容量的 LiFePO4 电池（容量从几百 mAh 到几百 Ah）。由于生产时间不长、产量不大，还是初创阶段，因此目前在价格上比同样容量的锂离子电池还贵，但是还供不应求，经常发生缺货。这种现象将在 12 年内得到改进。到那时 LiFePO4 电池的价格更齐全、质量进一步提高，价格也更便宜，应用将更广泛。1. LiFePO4 电池主要特点4 电池可在 210C 放电率范围长期工作，甚至 于在 10 秒短时间
3、内可达 20C 的放电率。采用 LiFePO4 电池作为动力的汽车有极好的加速性能、用作电动工具手电钻电源时则有高的钻孔速度，并能对硬度较大的材料进行钻孔。4 电池在不同放电率时的放电特性如图 1 所示。图 1图 2 4 电池的放电特性是极好的；4 电池作循环寿命试验，其结果是：锂离子动力电池做了 300 个循环后，其放电容量已降到 85%；而 LiFePO4 电池做了 500 个循环后，其放电容量还大于 95%。4 电池做了 300 个循环放电容量还大于 80%。4 电池在高放电率时也有较长的循环寿命，在一般 1C 放电率使用时其循环寿命可达 1000 次以上。4 电池作矿灯电源是最安全的。
4、4 电池，在放电到终止放电压 2.0V 后还继续放电到电池电压为 0V 时，对电池性能影响不大。其试验如下：电池以 0.5C 充满后以 1C 放电到 0V；在电池正负极加一个 1W 电阻连接起来；将电池分成两组分别放置 7 天及 30 天；到期后再按 0.5C 充满，按 1C 放电，其两组电池的试验结果是：放置 7 天的一组，无泄漏、性能良好、放电容量为 100%；放置 30 天的一组，无泄漏，放电容量为 98%，经过 3 次充放电循环，恢复到 100%。4 电池对环境无毒，其毒性明显低于 LiCoO2、LiNiO 2、LiMn 2O4 为正极材料的锂离子电池。4 有上述特点，因此它发展势头很
5、猛，将在很多领域中逐步取代以氧化钴锂为正极材料的锂离子电池。2. LiFePO4 电池充电器4 电池的主要参数是标称电压是 3.2V、终止充电电压是 3.60.05V、终止放电电压是 2.0V。由于它的终止充电电压与锂离子电池的终止充电电压（4.2V）不同，所以需要 LiFePO4 电池专用充电器。4 电池充电器集成电路 CN3058 及 CN3059。这两种充电器 IC 性能基本相同，其差别是前者最大充电电流ICH=500mA，而后者是 ICH=1000 mA；前者是 8 引脚 SOP-8 封装（无铅），后者为 10 引脚 3mm3mm的 DFN 封装（无铅）。本文介绍 CN3058 组成的
6、充电器。4 电池以恒流、恒压充电的线性充电器 IC。用该 IC 组成的充电器主要特点：用一个外设电阻 RISET 可设定充电电流，最大充电电流可达 500 mA；输入电压 46V，可采用 USB 端口或 4.56V AC/DC 适配器供电；充电器电路简单、外围元器件少、成本低；对过放电电池（2.0V）有小电流预充电模式；内部有功率管理电路，若芯片的结温超过 115，自动降低充电电流作过热保护，使用户可设置较大的充电电流以提高充电效率；有两个 LED 分别作充电状态指示及充电结束指示；有输入电压低于 3.61V 时输出锁存功能、电池温度监测功能；它还有一个独特的特点：外设一个电阻 RVSET，可
7、以增加恒压充电的电压。利用这个特点可以充终止充电电压 4.2V 的锂离子电池及可组成简易的 4V 铅酸电池充电器及 3 节镍氢电池充电器。4 充电器适合充 0.35Ah2Ah 的 LiFePO4 电池。其应用领域：矿灯、LED 应急灯、警示灯；车模、船模、航模及电动玩具；在照相机中，用可充电的 LiFePO4 电池（型号为 RCR123A）替代一次性锂电池（型号为 CR123A，其尺寸与 RCR123A 型相同）；通信装置、便携式医疗仪器及野外测试仪器及小型电动工具等。图 3图 4表 1 CN3058 的引脚功能引脚 符号 功 能1 TEMP2 USET ISET 设定充电电流 ICH3 GN
8、D4VIN5 BAT6 DONE7 CHRG8 FB4 电池的电路4 的容量为 1000mAh，则其充电率为 0.5C。该充电器可以由计算机的 USB 端口作电源供电，使用十分方便。IN 及输出电容 COUT、LED （红 R）及 LED（绿G）、充电电流设定电阻 RISET 组成。因充电电流不大，只要在 045环境温度下充电不必检测电池温度，所以 TEMP 端接 GND。G IN、C OUT 电容保证电路稳定充电，红色 LED 在充电时亮，充电结束时红色 LED 灭而绿色 LED 亮，表示充电结束。330 为限流电阻。CH（恒流）与 RISET 的关系为：CH=500mA，则代入上式，R I
9、SET=3.6k 电阻 RISET 应采用精度1%的金属膜 1/8W 电阻。图 5图 64 电池的充电率一般采用 0.21C 范围。4 电池的充电器电路4 电池的充电器电路如图 5 所示。与图 4 不同之处是在电路中增加了一个单刀双掷开关 S 及电阻 RVSET，开关打在上端是充 3.6V 锂离子电池（其终止充电电压是 4.2V）；开关打在下端是充 LiFePO4 电池。bat 为 4.2V，则 RVSET 与 Vbat 的关系为：bat(V)=3.6V+3.0410-6（A）R VSET（ ）VSET=197.37k。按标准电阻值取 196 k。R VSET 应采用1%精度 1/8W 电阻。4 电池（型号为 RCR123A）替代它，容量大、经济性好。电路如图 6（左半部）所示。图 6（右半部）是充电器上视图及 CR123A 的外廊尺寸图（RCR123A 是 LiFePO4 电池，尺寸与 CR123A 相同）。
