鋰離子電池手機充電器現況及前景

【摘要】鋰離子電池本身的良好特性，使得其在便攜式產(chǎn)品中（手機、筆記本電腦、PDA等）的應用越來(lái)越廣泛，用于鋰離子電池的充電器在設計和功能上也日趨完善。本文主要介紹了鋰離子電池手機充電器的市場(chǎng)現況、發(fā)展前景，以及目前流行的電路設計。

【關(guān)鍵詞】鋰離子電池、充電器

一、引言

鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比，無(wú)記憶效應，可重復充電次數多，使用壽命較長(cháng)，價(jià)格也越來(lái)越低。它的這些特點(diǎn)促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來(lái)越多。
鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。其要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過(guò)壓充電會(huì )造成電池損壞，這就要求較高的控制精度（精度高于1％）。另外，對于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預充，充電終止檢測除電壓檢測外，還需采用其他的輔助方法作為防止過(guò)充的后備措施，如檢測電池溫度、限定充電時(shí)間，為電池提供附加保護。由此可見(jiàn)實(shí)現安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應用的瓶頸。

鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡(jiǎn)化充電器的操作，其中包括給過(guò)放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實(shí)現，當然，也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎上用軟件實(shí)現。

二、國內手機充電器市場(chǎng)情況

目前，市場(chǎng)上手機充電器種類(lèi)繁多，但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監督抽查結果中，將近40％的廠(chǎng)家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問(wèn)題出現在: 與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場(chǎng)強和充電電壓幾個(gè)方面。另外，一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面存在質(zhì)量問(wèn)題。這些質(zhì)量問(wèn)題會(huì )影響到手機的正常使用，還會(huì )影響手機的使用壽命，嚴重時(shí)還可能傷害消費者。

現在市場(chǎng)上發(fā)現有一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。這些充電器由于價(jià)格非常低，攜帶方便，有許多手機用戶(hù)更愿意使用這些充電器來(lái)對電池進(jìn)行充電。劣質(zhì)充電器實(shí)際上就是一個(gè)沒(méi)有安全保證的簡(jiǎn)易變壓器，由于內部缺少保護電路等保證安全的零配件，因而重量較原裝品輕很多。但實(shí)際上，由于現在的手機電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯，對充電器的電壓、電流特性及安全保護有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設計簡(jiǎn)單，采用劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對手機電池的性能和壽命有很大損害。沒(méi)有保護電路的充電器，由于不能保證充電時(shí)電流的穩定，因而會(huì )有燒壞電池甚至爆炸的危險。

目前手機充電器主要有旅行充電器，座式充電器和車(chē)載充電器。廠(chǎng)家生產(chǎn)的原裝旅行充電器和座式充電器，設計上都采用越來(lái)越精密的保護電路或開(kāi)關(guān)電路設計，對電池的充電起到了良好的保護作用。車(chē)載充電器可以方便用戶(hù)在汽車(chē)上為手機充電，一端插入點(diǎn)煙器，另一端連接手機，但不宜在汽車(chē)中長(cháng)期充電，因為汽車(chē)中溫度較高。

三、手機充電器的市場(chǎng)走向

1. 目前，手機充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標準功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動(dòng)溫度控制與電壓控制，嚴防過(guò)充的新功能，因而消費者應將傾向于選擇雙槽型充電器。

2. 隨著(zhù)手機種類(lèi)的日益增多，各種充電器因機型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費者帶來(lái)了不便。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產(chǎn)的手機的電源端口將統一為適用于標準充電器的規格。這樣，消費者將不必在每次換手機時(shí)同時(shí)購買(mǎi)新的充電器。由此可見(jiàn)，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時(shí)，也開(kāi)始向標準化、通用化的方向發(fā)展。

3. 手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設計過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會(huì )在各項功能完善的同時(shí)進(jìn)一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標，可以設計一個(gè)判斷AC適配器是否連接負荷（手機）的IC，當未連接負荷時(shí)，將AC適配器的直流輸出方（2級電路）切換到高阻抗電路上。通過(guò)采取這一措施可以大幅減少待機時(shí)2級電路的消耗電流（可以達到數十μA）。另外，還可以在輸入交流100V方（1級電路）中設置切換電路。在未連接負荷時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換電路來(lái)減少供應給直流輸出方（2級電路）的功率從而減少耗電量。

4.現在市場(chǎng)上的大部分充電器，只是針對鋰電池或鎳氫電池充電的，但是隨著(zhù)市場(chǎng)的發(fā)展，自動(dòng)識別兩種電池而進(jìn)行相應的充電進(jìn)程的充電器正在逐步占據主流?？梢宰詣?dòng)分辨鋰電池或鎳氫電池的座充能“防止將鋰電放電的錯誤動(dòng)作”，如果在充鋰電池時(shí)不小心按到了座充上的“放電鈕”，好的座充可以辨識出來(lái)是鋰電池，因此不會(huì )做放電動(dòng)作；差的座充則不管三七二十一地進(jìn)行放電，這就會(huì )造成鋰電池壽命的折損。

四、手機充電器的設計要求

目前一些大的廠(chǎng)家生產(chǎn)的手機充電器都具有以下特點(diǎn): 寬范圍AC輸入或多國電壓可選；具備限流保護，電流短路與反充保護線(xiàn)路設計；體積小、重量輕；自動(dòng)、快速充電，充滿(mǎn)電后自動(dòng)關(guān)斷等等。另外，有的充電器還有自動(dòng)識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組；具有放電功能；LED 充電狀態(tài)顯示；低噪聲；模擬微電腦控制系統等特點(diǎn)。
使用智能控制的充電器模塊框圖一般如下：

五、手機充電器工作流程

目前手機充電器的工作流程一般為：

1.檢測電池的電壓，如果低于一個(gè)閾值電壓，就要進(jìn)行涓流充電；

2.電池充到一定電壓（一般設置為2.9V）時(shí)，進(jìn)行全電流充電；

3.當電池電壓達到預置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時(shí)，開(kāi)始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低；

4.當電流逐漸減小到規定的值時(shí)，充電過(guò)程結束。

以美國TI公司的BQ2057為例，其充電流程如下：

除了上面的流程描述，它還具有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時(shí)BQ2057關(guān)閉對電池充電。而且，充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現，具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。

一般來(lái)說(shuō)，恒壓充電結束時(shí)的小電流充電過(guò)程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設計中，對手機充電結束后由于某種因素放電的情況而專(zhuān)門(mén)設計了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會(huì )重新啟動(dòng)充電過(guò)程（見(jiàn)上圖）。

其典型的充電曲線(xiàn)如圖所示：

綜上所述，隨著(zhù)便攜式產(chǎn)品突發(fā)猛進(jìn)的發(fā)展，尤其是手機的普及，以及鋰離子電池的廣泛應用，鋰離子電池充電器的設計和功能面臨著(zhù)進(jìn)一步的改善。對于眾多充電器生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，盡早設計出功能完善、安全實(shí)用的充電器，就能更早的在市場(chǎng)中占據領(lǐng)先地位，搶占商機。