【转】解读可穿戴产品的动力来源——锂电池

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【转】解读可穿戴产品的动力来源——锂电池 [复制链接]

　电池作为穿戴产品的动力来源，其选型及充放电电路设计满足可生产性、EMC、EMI等认证的技术规范要求，并且还需要工艺、技术、质量、成本优势，这使得锂电池选择显得很有意义。现在可穿戴产品使用的电池通常为锂电池，这次以该类型的电池为主角进行说明。

　　锂离子(Li-ion)聚合物电池，供电电压约3.7V，以含锂氧化物作正极，以层状碳嵌锂取代传统锂原电池的金属锂作负极。他具有不可替代的优势应用在可穿戴产品中，首先，输出电压3V ~ 4.2V；其次，它的工作温度范围宽为-20℃～60℃，充电温度范围0℃～50℃；再次是使用寿命长，循环寿命长一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，而且，磷酸铁锂的可以达到2000次以上；还有其存储期间自放电率低，室温下充满电的Li-ion储存1个月后自放电率为5-10%左右，并且没有电池记忆效应(这在十几年前手机锂电池需要三充三放并且充满的情形形成了鲜明的对比，让我们感慨科技发展的同时也不小心透漏了我的年龄)；最后，锂电池不存在对环境有害的物质而成为绿色电池的美誉，并且也可做成各种形状，这在很大程度上在某些方面支持了当今社会消费类电子产品的发展(摆脱了电池形状的限制)。

　　任何事物都有两面性，这么优秀的锂电池也不例外，它具有一些弱点，例如与普通电池的相容性差，与普通的干电池替换不方便，其次锂聚合物电池多次充放电会有膨胀，结构设计时需预留给电池一定的膨胀空间，相信给手机充爆电池的朋友深有体会。还有一个最重要的方面就是使用锂电池时，必须有特殊的保护电路，以防止过充、过放、过流。

　　相比于其他类型的充电电池，现在将锂电池与其做各方面的对比：

　　锂聚合物电池除了增加防止过充、过放、过载的保护电路外，内部还增加排气孔，在壳体表面划出一条比壳体表面厚度稍微薄一点的线或孔，当电芯短路时，电池内部短时间内将产生大量气体并迅速增大压强，当压力过载时，因排气孔薄于壳体其余地方，气体便从排气孔处泄气，避免电池内部压强过大，从而达到避免电芯整体爆炸的危险。

　　锂聚合物电池内部的隔膜，有较高的抗穿刺强度，防止内部短路；隔膜在电池内部温度过高时还能融化，以防止电池爆炸。当电池内部温度达到130℃以上时，隔膜的网状孔将闭合，阻止锂离子通过，升高内阻(至2kΩ)，以达到阻止电芯内部温度继续升高的作用，从而保护电芯。排气孔、隔膜一旦激活，将使电池永久失效。

　　一般情况下，供应商提供的锂电池都具有电池保护电路，该电路可以完成对锂电池的过充、过放和过载等方面的保护。如下图所示：

　　上图是很经典的锂电池保护电路，该电路可以完成锂电池的过充、过放和过载的保护，几个关键的管脚DO、CO和VM通过在不同的情形下产生不同的电平控制双N沟道MOS管的导通与否，而产生相应的变化，使得保护得到进行。现在有锂电池保护芯片将二者做在一起形成一个集成的IC。

另一方面，在对锂电池进行充电部分，现在经常采用集成IC进行设计，比如BQ2057、BQ24025等。典型应用电路如下：

　　该芯片采用不同的外围电路实现不同的充电效果，如何选择，需要依据实际情况而定。作为EE一定要恪守适合是最好的设计，不可为了彰显自己的水平而采用不适合的电路设计，这些方面相信企业的老板更喜欢适合的选择，这毕竟关系到公司利润。

　　该芯片支持USB和外部adapter两种工作模式，如果将接口变为统一的USB接口并设计区分电路，那么就可以用一个接口完成两种模式下的充电管理，比如采用MOSFET或者电子开关。

　　可穿戴产品要通过一些认证，这两部分是必不可少的，做好这两部分是首要工作，如果缺少其中一项，就会产生让人后悔的结果。这一般情况下不会出现在消费类电子产品的正规产品中，对于DIY用户，这两点要特别注意，不可为了节约一点点费用而后悔莫及。

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