电池设备的动力来源—选择标准和充电器的实现作者.PDFVIP

技术文章 电池：设备的动力来源— 第一部分：选择标准和充电器的实现 作者：Pushek Madaan 和Rajiv Badiger 在当今世界里，越来越多的设备正向移动化方向发展，电池使用效率变得至关重要。工程师最关 心的问题就是设备的电流消耗。他们设计出各种不同方法来降低功耗，因为电池使用寿命越长， 产品的市场认知价值也就越高。我们这里要考虑的一个重要问题是电池本身。根据特定应用选择 适当的电池非常重要，因为电池决定着设备在充电间隔之间工作时间的长短，也决定着系统要增 加多少重量，材料清单成本 （BOM）要增加多少等等。除了电池的选择之外，正确的充电电路设 计也非常重要。设计不当就会减少电池使用寿命，甚至导致电池故障（比方说漏电或爆炸）。一 旦出现电池故障，必须召回，从而不仅会造成巨大损失，也影响了制造商的声誉。 本文将探讨以下问题： 1. 不同类型的充电电池 2. 不同类型电池的对比和选择标准 3. CC-CV 充电方法（第二部分） 4. 采用微控制器的实现方案（第二部分） 充电电池的种类： 充电电池形状和大小不一，包括纽扣电池乃至数吨重的巨型电池。充电电池可根据他们的化学性 质进行分类。部分最常用的充电电池包括： 1. 镍镉（Ni-Cd ）电池 2. 镍氢 （NiMH）电池 3. 铅酸电池 4. 锂离子电池 镍镉（Ni-Cd）电池： 镍镉电池是市场上最早的电池技术之一，其具有明显的优势，包括成本低，适用于低功耗应用， 在恶劣环境下也能保持稳定工作，而且能多次充电等。镍镉电池组在氢氧化钾电解溶液中将氢氧 化镍（Ni(OH) ）电极作为阴极（正），将氢氧化镉（Cd(OH) ）作为阳极（负）。 2 2 1 / 5 技术文章 图1：镍镉电池的放电速率 单节镍镉电池放电电压为1.2V。这种电池的放电速率平稳，但在末期快速下降，如图1 所示，因 此难以估算剩余电量。这种电池的优势在于其能够深度放电且不会破坏电池单元。 除了上述优势之外，镍镉电池也有劣势，导致其市场份额萎缩。一些主要缺点包括：  记忆效应：如果电池部分放电之后反复过度充电，就会丧失储存最大能量的功能，这就叫 记忆效应，因此建议精确控制充电或者定期进行深度放电，这样电池才能恢复其容量。不 过，我们也必须注意过多的深度放电可能会永久性损坏电池单元。  单元逆变：电池包括许多互联的单元，每个单元在容量上与其它单元略有不同。因此一个 单元如果在其它单元之前完全放电，那么其它单元还会迫使电流通过已经放电的单元，这 就是所谓的单元逆变，会导致不良且不可逆的化学反应，从而造成单元的永久损坏 。  充电过度：充满电时，正极（镍）生成氧气，而负极（镉）生成氢气。这些气体必须适当 排出系统，否则就会造成电池工作条件过于危险。为了在密封的镍镉电池中解决这个问题， 负极（镉）容量设置较高，这就导致正极在负极之前达到充满状态，因此正极释放的氧气 会被负极吸收，发生氧化作用。 镍氢（NiMH）电池： 镍氢电池类似于镍镉电池，也有吸收氢气的负极。镍氢电池相对于镍镉电池而言容量更高，通常 用于需要大电流的应用，如数码相机等。大电流应用需要在短时间内提供大量电力。镍氢电池由 于其内部电阻较低，因此在这方面表现不错。 镍氢电池的自放电率最高，通常每月为30% 。不过，如果保存期限较长，可用每月自放电率低至 2% 的低自放电（LSD）镍氢电池。但代价是，低自放电镍氢电池与相同尺寸的标准镍氢电池相比， 电池电量更低。 2 / 5 技术文章 镍氢电池与镍镉电池的额定电压一样，每节均为1.2V。镍氢电池不受记忆效应影响，但除自放电 外