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转铁苍毖:移动电话电池简介



[ 本帖最后由 gg2007 于 2007-6-30 21:40 编辑 ]
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报告主题:
名词解释
二次电池分类
特性比较
锂离子电池特性与安全
结构/化学特性/充电特性/放电特性/寿命/温度特性
自我放电特性/安全项目/安全管制者
锂电池组的组成
overview/保护模块/二重保护装置/
设计导入的几点考虑
电池的决定/充电的决定/截止判别/不同电池的判别/
放电问题/壳具问题

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名词解释
Capacity : 容量, 指电池在经过一个标准的充电程序后,以一标准的放程序所能释放出的能量. 单位为mAh 或Ah 或Wh .
C : 容量电流,指电池在经过一个标准的充电程序后,用以在一小时整放电致一标准电压所须的电流值.
一次电池: 只能用一次的电池, 如碳锌电池, 水银电池,碱性电池…
二次电池: 可重复使用的电池, 如镍氢电池,镍镉电池, 锂离子电池…
CC/CV : Constant Current / Constant Voltage定电流/定电压, 锂离子电池常用的充电方式之一.
记忆效应: 镍氢及镍镉电池在充电时的特殊现象.当电池电量未被释放完全时即进行充电动作, 此时残存的电量会在外加电压的催化下使电池内部材料发生逆反应,进而减低电池容量.放电时,当电压下降至前一次的启始充电压时,电压会急速下降.
NTC : 负温度系数热敏电阻.
CELL : 指未经任何组装的电池,一般亦称“电池芯”.

[ 本帖最后由 gg2007 于 2007-6-30 21:44 编辑 ]

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二次电池分类

依使用场合分类:
车用, 医疗用, 工具用, 携带式电子设备用, 长效备用….

依使用的材料分类:
铅酸电池, 镍镉电池, 镍氢电池, 燃料电池, 锂离子电池, 锂高分子电池, 锌空气电池…

锂离子电池的细分类:
锂锰, 锂钴…

锂高分子电池的细分类:
多孔性固态高分子, 胶态高分子, 干式固态高分子…

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特性比较
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锂离子电池特性与安全






化学式: (锂钴)



电压过高: 锂离子与氧析出, 反应不可逆. 造成膨胀, 或气阀冲开,气体中含氧气,汽化电解液及离子化锂金属,极易燃.
电压过低:
1.锂离子与碳安定结合,在内部形成阻抗及容量减低.
2.锂离子形成安定的固态锂金属,容量减少,且易刺穿绝缘层造成内部短路.
电流过大:
1.充电电流大于反应吸收.多余的电流转成热能.并在内部造成局部电压过高.可能引发过热/膨胀等反应.
2.放电电流大于反应释出.可能引发过热及内部电压过低.

锂的特性:
1. 锂原子外层电子数为1个,因趋8性使它易抓住另外的电子或释放惟一的电子.故用做储能材料.
2. 锂钠钾铷铯鍅系列为高活性物质,其中锂金属遇水会快速反应, 效果接近爆炸.














LIFE CYCLE :
可以用标准条件充放电几次只是“标准”.用大电流充到饱/放到完会折损电池寿命,但可以较快量出电池性能.我们关心的是使用者可使用的总时数.每次都用50%就充电, 500次之后性能不会只有80%,而会更高.

温度特性:
放电时温度的影响:
电解液在-20度时已接近固态,此时做为传导的特性变差.整体电池活性在高温时较活泼,可得稍大的放电量.高温会使电池寿命严重缩短.电解液约60度时开始快速挥发,90度时开沸腾.







安全项目:
限制充电电压上限
限制放电电压下限
限制使用电流
限制充电电流
限制使用温度



安全管制者:
使用者:不近水,火,热,不拆,不短路,不他用,使用特定充电器.
手机:管制最大使用电流,最低使用电压,及使用温度.
充电器:管制最大充电电流,最高充电电压,充电时间,使用温度.
电池模块:在上三者失效时,提供过高电压/过低电压/过大电流之保护;必要时使用第二保护装置,提供过电流/过温保护.
电池芯:所有保护失效时,对安全项目提供安全阀保障.
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电池组的组成



保护模块的组成:
保护回路: 提供过充电,过放电,过大电流之保护.
ID : 识别装置,用以让手机及充电器知道目前操作中之电池类别.
测温器: 一般使用NTC ,提供手机及充电器目前操作中之温度.
二重保护装置:
在使用者,手机,充电器,保护回路等保护均失效时提供保护之装置.
常用的二重保护装置:
LITTLE FUSE : 电流启动.
THERMAL FUSE : 温度及电流启动.
PTC / POLY SWITCH : 温度及电流启动, 可回复.
THERMAL CONTROL :温度及电流启动, 可回复.









常用二重保护装置:
Poly switch / PTC :
聚合物保险丝. 使用电流超出规格时断开,
或温度超出规格时断开, 状况解除后可自动回复.

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设计导入的考虑

设计电池组之前的几个问题:
电池种类: 锂离子/锂聚合物/镍氢/镍镉.
充放电条件: 决定保护点的设定.
二重保护方式: 决定最终保护方式.
侦温器种类: 决定NTC的值或其它方式.
识别装置: 决定各种不同电池的识别方式.
特别设计: 以sysol2为例,须增加电压侦测.
壳具设计: 决定尺寸,结合方式.

决定电池种类的考虑:
待机时间,通话时间: 一般黑白GSM系统使用600mAh电池即足够.彩色GPRS至少须700mAh的电池.
电压范围: 一般手机操作3.3~4.2V即足够;但若为smartphone或特殊要求,则电压范围可能不同.
操作限制: 若要求-20度要能开机,则polymer电池较不适用.
外观尺寸,重量: 镍氢/镍镉电池较锂电池为大且重.
安全性: 手机常用的电池,以锂离子安全性最差.
价格: 镍氢电池较锂电池便宜.
厂牌,品质: 锂电目前仍以sanyo为领导厂商.
共享性: 公司政策,要使零件数减少.目标是DBTEL手机都可以共享同一颗电池.

决定充电条件的考虑:
充电模式: 以CC/CV 为一般常用方式.
充电时间: 一般以3小时内充电95% 为标准.
充电电流: 0.5~0.8C为快充.若考虑使用寿命应避免超过1C充电.
充电电压: 4.2+/-0.05V,一般充电回路并不精准,故须稍微降低.
低电压充电: 电池电压低于2.5V时,应先以小于0.2C的电流充电,并计算时间,若于1小时内无法使电池电压达3.0V以上,应放弃充电,以免危险.若可以充电至3.0V,则转成一般充电模式.
维持充饱的方法:
1.循环充电:侦测电压低于设定值时,重新启动充电功能.
2.脉波充电:每隔一段时间即对电池做一短时间充电.
3.持续加压:不关闭充电器,使电池永远保持在4.2V,这种做法对电池的伤害较大,不建议使用.



不同电池的判别方式:
目的: 让手机及充电器决定充电上限电压及截止方式.
让手机及充电器决定充电电流.
让手机及充电器决定充电时间.
让手机决定显示电池格数.
让手机决定限制电池使用.
EEPROM : 如MOTOROLA , ERICSSON 使用1 Wire interfaceEEPROM记录电池各项记录及版权宣告.
ID RESISTANCE : 以一颗固定电阻做为不同电池的识别.手机内部一般以分压方式侦测该电阻值.座充一般直接用该电阻在电流/电压设定回路中.

放电问题:
镍镉,镍氢电池须在每次充电前先将电量放完.
锂电池不须要先放电再充电.
锂电池用到完全没电再充反而对电池不好.
手机的最大瞬间电流/时间:
用以决定过电流保护的值,且须考虑手机在劣化后的最大值.
放电终止电压:软件在3.3V时会依程序关闭手机.但当电压于3.0V时手机硬件会shut. 所以在低电压时使用手机,路径阻抗就变得重要.
例: 电池阻抗160m Ω,接点及路径阻抗40mΩ.发射瞬间须1A电流
(160m+40m)*1=0.2V 􀃆 电池在3.5V时使用即可能关机.

壳具设计的考虑:
气密:锂电池规定不可完全气密,但有防水的流行.
结合:胶合,超音波铆合, 胶带捆包,螺丝,卡勾,
覆合式…
伸缩:锂电池在充饱与低电量时的体积略有不同.
弹片:位置,尺寸,镀金厚度,阻抗等须考虑.
与手机结合:晃动的克服为第一要务.
环测:材料,色料及结合点须能通过各项环测,包括温度,湿度,震动,UV,油水侵蚀,磨擦,落下,压力…

其它设计上的考虑:
接点镀金:connector 镀金厚度要求为30uinch.
PCB做为接点的镀金厚度要求为20uinch.
未要求的PCB镀金,厚度为5uinch.不适用于电池接触点.
电池格数显示考虑因素:
1.使用者心理因素为主要考虑.
2.劣化之预估:各家电池劣化曲线不同.但都是放电斜率变大.这会使得0~1格及满格的时间随着电池寿命变短.
3.0格时间长短:较短的0格时间,易在通话时断电.较长的0格时间,易让使用者误认待机时间短.较长的0格时间,可以让使用者提早充电而延长寿命.
4.弹性:通话中电压会下降,通话结束后电压会再慢慢回升.所以不适合以一个电压点做为格数切换的依据.
5.初期效能的感觉及对长期寿命的感觉在设计理念上是相反的.
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使用上的问题

使用习惯:
1.习惯在1~2格时充电的使用者,较用到0格才充电的使用者,可得较多的总使用时数.
2.电池怕热:夏天在车内烤一天,可抵过用一个月.
3.接点怕磨:拆装电池频繁会使接点劣化,会在通话中出现杂音,并使阻抗增加进而降低时用时间.
4.电池怕乱充:锂电充电条件严格,很多爆炸案是在杂牌充电座上发生的.
5.不用放电:锂电充电前不用先放完电.
6.不用冰:网络上流传放冷冻库可以救电池.但主要是因为休息时间够,材料重新均匀扩散.低温不会使安定的材料重新活化.
7.不用活化:网络上流传新电池要先充到最饱再全部放完几次称为活化.实际上锂电池并不用这样,早期的镍氢/镍镉才须要.
8.膨胀:发现电池有膨胀现象时,应即停用.
9. 千万不要拆,我们只有在防爆箱内才会做破坏实验.
10. 保存:长期不用的电池先用到0~1格,包进密封袋内放冷藏.
11.废弃处理:环保署废管处业务一组负责干电池回收,业务三组负责铅酸电池回收.锂电池有扣环保税.

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