1 鋰電池應(yīng)用概況

近年來(lái)，便攜式電子產(chǎn)品正向輕量化、超小型化發(fā)展，為此鋰離子電池得到廣泛應(yīng)用，比較常見的正極材料為鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池，還有磷酸鐵鋰電池和磷酸鐵錳電池等。但是目前大量應(yīng)用的鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池安全性能較差。多年來(lái)，手機(jī)鋰電池、筆記本鋰電池組、移動(dòng)DVD用鋰電池和礦燈用鋰電池等不斷出現(xiàn)燃燒和爆炸等現(xiàn)象，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和極壞的社會(huì)影響。為了消除這種現(xiàn)象，便攜式電子設(shè)備已開始采用安全性能極好的磷酸鐵鋰電池。此外，電動(dòng)工具過(guò)去普遍采用鎳鎘電池，由于含有鎘等嚴(yán)重污染環(huán)境和毒害人身健康的材料，已被許多國(guó)家禁止生產(chǎn)和使用，目前唯一可以替代的只有磷酸鐵鋰電池。在電動(dòng)助力車和混合動(dòng)力汽車中，過(guò)去普遍采用非常笨重的鉛酸蓄電池或鎳氫電池。為了減輕電池重量，國(guó)內(nèi)外曾有不少研究人員試圖采用鈷酸鋰和錳酸鋰電池，結(jié)果都以失敗告終。隨著磷酸鐵鋰電池的推廣應(yīng)用，成本不斷降低，性能不斷提高，電動(dòng)車輛采用磷酸鐵鋰電池已成為必然趨勢(shì)。由于磷酸鐵鋰電池的主要技術(shù)參數(shù)與錳酸鋰和鈷酸鋰電池具有較大的差別，因此過(guò)去大量生產(chǎn)的鋰離子電池充電控制專用集成電路、厚膜電路和模塊等不能對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電，為了滿足手機(jī)、筆記本電腦、礦燈、移動(dòng)DVD、MP4、電動(dòng)工具和電動(dòng)車輛中磷酸鐵鋰充電的要求，必須盡快開發(fā)研制出通用型磷酸鐵鋰電池充電厚膜電路和模塊。

2 鋰電池充電模塊基本組成

磷酸鐵鋰電池通用充電模塊由充電電流采樣電路、充電開關(guān)管、集成控制電路、充電電壓采樣電路等部分組成，如圖1所示。充電采樣電路可根據(jù)待充磷酸鐵鋰電池的容量設(shè)定充電模塊的恒定充電電流，比如對(duì)礦燈用單體4Ah磷酸鐵鋰電池充電時(shí)，該電流可設(shè)定在800mA;對(duì)筆記本電腦用10Ah磷酸鐵鋰電池充時(shí)，該電流可設(shè)置為3A.電壓采樣電路可根據(jù)待充磷酸鐵鋰電池組的串聯(lián)電池?cái)?shù)，設(shè)定通用充電模塊輸出的恒定充電電壓，比如對(duì)礦燈用的單體磷酸鐵鋰電池充電時(shí)，該電壓設(shè)置在3.65V.對(duì)移動(dòng)DVD用兩只串聯(lián)磷酸鐵鋰電池組充電時(shí)，該電壓應(yīng)設(shè)置在7.3V.對(duì)電動(dòng)助力車用11只串聯(lián)磷酸鐵鋰電池組充電時(shí)，該電壓應(yīng)設(shè)置在40V.集成控制電路的作用是通過(guò)控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池最佳充電。充電開始后，以恒定電流對(duì)磷酸鐵鋰電池充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定的恒定充電電壓時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電，確保磷酸鐵鋰電池安全快速充足電。充電開關(guān)采用MOSFET,根據(jù)設(shè)定的充電電流可選定MOSFET的額定電流值。

圖1磷酸鐵鋰電池充電模塊基本組成

3 磷酸鐵鋰電池充電模塊實(shí)際電路

對(duì)礦燈用單體4Ah磷酸鐵鋰電池充電的模塊實(shí)際電路如圖2所示，圖中C3為輸入濾波電容器，D1為隔離二極管，防止反向充電電壓加入控制電路，R2、R6、R1、R8、R10等組成電流采樣電路，將礦燈用單體磷酸鐵電池的充電電流設(shè)定在800mA,電阻R3和R9組成分壓電路，將單體磷酸鐵鋰電池的充電電壓設(shè)置在3.65V.U1為充電控制專用集成電路，可實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池由恒流充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換為恒壓充電，由于礦燈電池的容量較小，充電電流較小，因此充電開關(guān)Q2選用額定電流較小的MOSFET.應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，本通用充電模塊為系列產(chǎn)品，可根據(jù)用戶的實(shí)際要求設(shè)定充電電流和充電電壓，滿足筆記本電腦、手機(jī)、移動(dòng)DVD、MP4、礦燈、電動(dòng)工具和電動(dòng)車輛用磷酸鐵鋰電池組的不同要求。

圖2充電模塊實(shí)際電路

為了減小通用充電模塊的體積，該模塊采用厚膜工藝制作，所有電阻、電容和引線均采用印刷的方法印制在陶瓷基片上，集成電路MOSFET和二極管均采用管芯貼裝在陶瓷片上。該模塊也可采用表面貼裝的方式，將各種元件貼裝在鋁基電路板上。