淺談穿戴產(chǎn)品的動(dòng)力--鋰電池

　　電池作為穿戴產(chǎn)品的動(dòng)力來(lái)源，其選型及充放電電路設計滿(mǎn)足可生產(chǎn)性、EMC、EMI等認證的技術(shù)規范要求，并且還需要工藝、技術(shù)、質(zhì)量、成本優(yōu)勢，這使得鋰電池選擇顯得很有意義?，F在可穿戴產(chǎn)品使用的電池通常為鋰電池，這次以該類(lèi)型的電池為主角進(jìn)行說(shuō)明。

　　鋰離子(Li-ion)聚合物電池，供電電壓約3.7V，以含鋰氧化物作正極，以層狀碳嵌鋰取代傳統鋰原電池的金屬鋰作負極。他具有不可替代的優(yōu)勢應用在可穿戴產(chǎn)品中，首先，輸出電壓3V ~ 4.2V;其次，它的工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，充電溫度范圍0℃～50℃;再次是使用壽命長(cháng)，循環(huán)壽命長(cháng)一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，而且，磷酸鐵鋰的可以達到2000次以上;還有其存儲期間自放電率低，室溫下充滿(mǎn)電的Li-ion儲存1個(gè)月后自放電率為5-10%左右，并且沒(méi)有電池記憶效應(這在十幾年前手機鋰電池需要三充三放并且充滿(mǎn)的情形形成了鮮明的對比，讓我們感慨科技發(fā)展的同時(shí)也不小心透漏了我的年齡);最后，鋰電池不存在對環(huán)境有害的物質(zhì)而成為綠色電池的美譽(yù)，并且也可做成各種形狀，這在很大程度上在某些方面支持了當今社會(huì )消費類(lèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展(擺脫了電池形狀的限制)。

　　任何事物都有兩面性，這么優(yōu)秀的鋰電池也不例外，它具有一些弱點(diǎn)，例如與普通電池的相容性差，與普通的干電池替換不方便，其次鋰聚合物電池多次充放電會(huì )有膨脹，結構設計時(shí)需預留給電池一定的膨脹空間，相信給手機充爆電池的朋友深有體會(huì )。還有一個(gè)最重要的方面就是使用鋰電池時(shí)，必須有特殊的保護電路，以防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流。

　　相比于其他類(lèi)型的充電電池，現在將鋰電池與其做各方面的對比：

　　鋰聚合物電池除了增加防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載的保護電路外，內部還增加排氣孔，在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點(diǎn)的線(xiàn)或孔，當電芯短路時(shí)，電池內部短時(shí)間內將產(chǎn)生大量氣體并迅速增大壓強，當壓力過(guò)載時(shí)，因排氣孔薄于殼體其余地方，氣體便從排氣孔處泄氣，避免電池內部壓強過(guò)大，從而達到避免電芯整體爆炸的危險。

　　鋰聚合物電池內部的隔膜，有較高的抗穿刺強度，防止內部短路;隔膜在電池內部溫度過(guò)高時(shí)還能融化，以防止電池爆炸。當電池內部溫度達到130℃以上時(shí)，隔膜的網(wǎng)狀孔將閉合，阻止鋰離子通過(guò)，升高內阻(至2kΩ)，以達到阻止電芯內部溫度繼續升高的作用，從而保護電芯。排氣孔、隔膜一旦激活，將使電池永久失效。

　　一般情況下，供應商提供的鋰電池都具有電池保護電路，該電路可以完成對鋰電池的過(guò)充、過(guò)放和過(guò)載等方面的保護。如下圖所示：

　　上圖是很經(jīng)典的鋰電池保護電路，該電路可以完成鋰電池的過(guò)充、過(guò)放和過(guò)載的保護，幾個(gè)關(guān)鍵的管腳DO、CO和VM通過(guò)在不同的情形下產(chǎn)生不同的電平控制雙N溝道MOS管的導通與否，而產(chǎn)生相應的變化，使得保護得到進(jìn)行?，F在有鋰電池保護芯片將二者做在一起形成一個(gè)集成的IC。

　　另一方面，在對鋰電池進(jìn)行充電部分，現在經(jīng)常采用集成IC進(jìn)行設計，比如BQ2057、BQ24025等。典型應用電路如下：

　　該芯片采用不同的外圍電路實(shí)現不同的充電效果，如何選擇，需要依據實(shí)際情況而定。作為EE一定要恪守適合是最好的設計，不可為了彰顯自己的水平而采用不適合的電路設計，這些方面相信企業(yè)的老板更喜歡適合的選擇，這畢竟關(guān)系到公司利潤。

　　該芯片支持USB和外部adapter兩種工作模式，如果將接口變?yōu)榻y一的USB接口并設計區分電路，那么就可以用一個(gè)接口完成兩種模式下的充電管理，比如采用MOSFET或者電子開(kāi)關(guān)。

　　更多的充電管理芯片請查閱相關(guān)芯片網(wǎng)站和設計應用。

　　可穿戴產(chǎn)品要通過(guò)一些認證，這兩部分是必不可少的，做好這兩部分是首要工作，如果缺少其中一項，就會(huì )產(chǎn)生讓人后悔的結果。這一般情況下不會(huì )出現在消費類(lèi)電子產(chǎn)品的正規產(chǎn)品中，對于DIY用戶(hù)，這兩點(diǎn)要特別注意，不可為了節約一點(diǎn)點(diǎn)費用而后悔莫及。