RITAR述磷酸鐵鋰電池通用充電模塊的基本組成與電路分析

發(fā)布時間:2024-10-25 閱讀:0 來源: RITAR

  磷酸鐵鋰電池通用充電模塊的基本組成與電路分析

  1鋰電池應(yīng)用概況

  近年來,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,手機(jī)鋰電池、筆記本鋰電池組、移動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,電動工具過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。在電動助力車和混合動力汽車中,過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,電動車輛采用磷酸鐵鋰電池已成為必然趨勢。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DVD、MP4、電動工具和電動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,比如對礦燈用單體4Ah磷酸鐵鋰電池充電時,該電流可設(shè)定在800mA;對筆記本電腦用10Ah磷酸鐵鋰電池充時,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,比如對礦燈用的單體磷酸鐵鋰電池充電時,該電壓設(shè)置在3.65V.對移動DVD用兩只串聯(lián)磷酸鐵鋰電池組充電時,該電壓應(yīng)設(shè)置在7.3V.對電動助力車用11只串聯(lián)磷酸鐵鋰電池組充電時,該電壓應(yīng)設(shè)置在40V.集成控制電路的作用是通過控制開關(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,自動轉(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。

  磷酸鐵鋰電池通用充電模塊的基本組成與電路分析

  3磷酸鐵鋰電池充電模塊實(shí)際電路

  對礦燈用單體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DVD、MP4、礦燈、電動工具和電動車輛用磷酸鐵鋰電池組的不同要求。

  磷酸鐵鋰電池通用充電模塊的基本組成與電路分析

  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。

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