1、 毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 锂离子电池充电器的设计 随着电子技术的不断发展，便携式设备不断涌现，丰富和方便了人们的生活。现在，移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式设备已经成为人们生活的一部分，而且有着更为广阔前景和发展空间。今后，还会有更多的便携式设备出现。便携式设备的发展，对电池产业提出了更高的要求。低成本、高电压、高能量密度、轻型化、长寿命、高安全性的电池，特别是可重复使用的电池备受关注。 目前广泛使用的便携式可充电电池可分为镍镉电池、镍氢电池、锂离子及锂聚合物电池。相比其它电池，锂离子 电池有其独有的优势： 1.比能量高。锂离子电池的比能量高可达镍镉的 2 倍以上，与同容量
2、镍氢电池相比体积减少看 30%，重量可降低 50%。因此，锂离子电池有高容量，高密度，尺寸小，重量轻等特点，有利于便携式设备小型轻量化。 2.工作电压高。通常单节锂离子电池使用电压为 3.6V，是单节镍镉、镍氢电池的 3 倍，充足电时电压可达 4.2V。单节电池可为 3V 的电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需要串联电池数也可大大减少。 3.无记忆效应。像镍镉电池都有记忆效应，必须进行定期放电，否则就会因记忆效应使电池失败。 而锂电池无记忆效应，不必理会残余电量的多少，可直接进行充电。 4.安全快速充电。锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许
3、快速充电。采用 1C 充电速率，可在两小时内充足电，而且安全性能大大提高。 锂离子电池的发展也促进了锂离子电池充电器产业的繁荣。 在锂离子充电器产品中 ,手机充电器是市场上的主流产品。在手机、个人媒体播放器、数码相机、导航系统等便携产品市场的推动下 ,锂离子充电器市场的前景被业界广泛看好。虽然锂离子充电器市场被看好 ,但锂离子电池对充电器的要求非常苛刻。 一、电池充电 器新发展 由于技术的不断发展和用户要由于技术不求日益提高，电子设备正向小型化、轻量化发展，其功能也不断增强和完善。这推动了电池技术以及与之相关的电池充电、电池保护电路技术迅速发展。 NiCd 电池和 NiMH 电池 长期以来，
4、NiCd 电池一直是便携式电子设备的首选可充电电池，而且在某些方面， NiCd还是优于其它新的可充电电池。虽然该电池容量比 Li+或 NiMH 电池小，但是其低阻特性在短时间供电、大电流输出应用场合十分诱人。例如，在以后一段时期内，电源箱将采用 NiCd 电池。 NiMH 电池与 NiCd 电池特性相似 ，但容量更大。由于其较高的自放电率（储能每天大约以容量的 1%减少 将近是 NiCd 电池自放电率的两倍）使 NiMH 电池的优势从某种程度上被削弱。因此， NiMH 电池不适合应用于需要长期保持电池能量不丢失的场合。 在快速充电方面， NiMH 与 NiCd 电池也有所不同。两种类型的电池均
5、可以数量等于或大于电池标称容量 C 充电。 细流或涓流充电对 NiCd、 NiMH 电池相对比较简单。相对于快速充电，采用小电流细流充电引起的电池温升比较小，不会损坏电池，因此，没有必要终止细流充电或对电池电压监测。容许的最大细流充电电流与电池类型和 环境温度有关，但 C/15 的充电速率对于典型应用通常是安全的。 锂电池 最近几年，电池技术的革新主要在锂电池技术上。锂电池的容量比目前大批量生产的任何可充电电池的容量都大。虽然以体积作为度量尺度时，锂电池的容量仅比同样体积大小的NiMH 电池容量仅大一点，但是对于便携式设备体积大小并非其唯一重要指标，设备的轻重度同样很重要。当以单位重量计算储能
6、多少时，锂电池的优势一下体现出来了。 NiMH 电池相对锂而言要重些，同等质量的容量相比，锂电池将近是 NiMH 电池的两倍。 当然，锂电池也有许多不足或局限，如对过充和过放电十 分敏感。为了最大限度的给电池储能，必须将电池放电甚至其最大电压，但是过压充电可能对锂电池造成永久性损坏。同样也不能过流充放电。同时亦有放电警告：重复放电到一个太低的电压可能降低锂电池的容量。 二、 锂离子 电池 充电器市场巨大 根据诺基亚公司的预测 ,2008 年全球手机销售量将达 12 亿部 ,比 2007 年增长 10%。即使按照每部手机在出厂时只配一个锂离子充电器 ,该市场的需求也要 12 亿个之多。根据市场调
7、研公司赛迪顾问的预测 ,2007年中国 MP3销量达到 200多万台 ,与此同时 ,MP4 和 MP5等新概念播放器也突破 200 万台 ,去年这两个市场总计需要 400 多万个锂离子充电器。 记者了解到 ,目前中国是全球锂离子充电器最大的生产地 ,去年共计生产了 5亿个充电器 ,其中 1 亿多个销售在国内 ,其余都销往国外。而内地市场上有超过几百家的锂离子充电器制造商 ,其中大多数为中小型企业 ,平均每家厂商的月产能在几十万个以上 ,广东省聚集了最多的锂离子充电器制造商。 在锂离子充电器产品中 ,手机充电器是市场上的主流产品。崧顺国际有限公司研发部技术总监喻德茂向中国电子报记者介绍说 ,今年
8、他们公司主要设计生产手机充电器以及 PDA、MP4、随身充等一些 特殊的充电器。而东莞市石龙富华电子有限公司开发中心经理林俊容则介绍说 ,今年他们设计的手机充电器中 ,主要是 5V充电器 ,充电电流在 500mA-800mA之间 ,这些产品的特色包括：安全 ,环保 ,节能 ,通用。 三、充电器符合安全环保法规 虽然锂离子充电器市场被看好 ,但锂离子电池对充电器的要求非常苛刻 ,要设计生产锂离子充电器 ,需要满足几大要求。其中 ,基本要求是充电时要保持特定的充电电流和充电电压 ,即恒流恒压方式 ,这才能保证电池的安全充电。而且 ,为有效利用电池容量 ,需将锂离子电池充电至最大电压 ,但是过压充电
9、会造成电池 损坏 ,这就要求过压保护。 另外 ,锂离子电池还增加了其他充电辅助功能 ,目的是为了改善电池寿命 ,简化充电器的操作 ,其中包括给过放电的电池使用涓流充电 ,电池电压检测 ,输入电流限制 ,充电完成后关断充电器 ,电池部分放电后自动启动充电等。这些所有及部分功能都可以在充电芯片中实现 ,当然 ,也可利用 ASIC(专用集成电路 )、分立器件或在微处理器的基础上用软件实现。 而最近几年 ,解决锂离子充电器的静态能耗问题也逐步成为充电器设计过程中的一个重要环节。 总体来说 ,锂离子充电器在设计过程中在安全、环保和能耗上必 需满足不同的国际和国内标准。东莞市石龙富华电子有限公司开发中心经
10、理林俊容向中国电子报记者介绍说 ,在安全方面 ,锂离子充电器要满足国内 3C/GB4943 的要求 ,要取得 3C 认证和 TLC 认证 ,还要满足YD1591 规定 ,出口则要完全符合国际上 IEC60950 的安全规定和要求 ;在环保方面 ,锂离子充电器要符合电子信息产品污染控制管理办法 ,或要符合国际的 Rosh 要求 ;在能耗方面 ,锂离子充电器要满足 YD/T1591 中关于效率与无负载能量消耗方面的要求 ,或国际上的 CEC(加州能源委员会 )及能源之星 (Energy Star)的要求 。 四、小结 目前国内的锂离子电池充电器发展的也是比较迅速的，但跟国外相比较而言还是相差的挺多
11、的。但是国家对锂离子电池充电器方面投入的科研经费也是在逐年的增加，这说明国家多这方面也越来越重视了。这主要是随着中国经济的不断发展，锂离子电池在生活中应用无处不在，扮演着重要的角色。因此对锂离子电池充电器的研究也是必要的，研制一种结构简单、成本低廉的锂离子电池充电器。 参考文献 1Maxim公司 Girt Helloes.可充电 电池技术和充电方法 M.Pdffactory,2004. 2王耘 .Ni-MH 等常见蓄电池的原理及其应用 .今日电子 J.2002(2)： 5062. 3李宁 .充电器知识和电池工业 J.2001(6):2542. 4张兴伟 .数字手机电路与检修技术 M.北京：人民
12、邮电出版社， 2006. 5Moseley PT. Positive plate additives J. Journal of Power SourcesM,1997. 6马继军 .浅析蓄电池脉冲快速充电技术及其应用 J，移动电源与车辆 .1996(3)2041. 7刘玉杰 ,姜印平 ,孟祥适 .关于快速脉冲充电技术的研究 J.2004(2)2548. 8何洪文 ,孙逢春 ,张晨光 ,白文杰 .锂离子动力电池充放电特性的实验研究何 J.北京理工大学学报， 2002,22(10)4062. 9牛黎明 .锂电池在线充放电管理电路的设计 M.计算机应用， 2001. 10宋加仁，茅力群 .基于 H
13、T46R23 的 锂离子电池只能充电器 J.电子设计应用，2003(8)1630. 11凌特公司 .现代锂离子电池充电器 J.电子产品报， 2004(3)510. 12戴佳 ,戴卫恒 .51 单片机 C 语言应用程序设计实例精讲 M.北京：电子工业出版社 ,2007. 13Maxim Integrated Products, Maxim Linear Charger for Single-Cell Li+ BatteryM. USA,2002. 14杨代华 ,叶敦范 ,王典洪 .单片机原理及应用 M.武汉：中国地质大学出版社 ,2000. 15刘超勇，锂离子电池充电器 M.电子世界， 2003. 16黄英，余勇全 .智能手机锂离子电池充电器 M.电子世界 ,2002.
