無線充電設(shè)計必知:通透了解鋰電池技術(shù)
發(fā)布時間:2014-04-04 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】做什么都得從最基本的開始,無線充電設(shè)計也是一樣,簡單點說,無線充電就是為了給鋰電池充電,那么如何更好的設(shè)計無線充電,就是如何更好的實現(xiàn)給鋰電池充電。那么是否能夠通透了解鋰電池,是能否設(shè)計出一個更有效的無線充電的關(guān)鍵所在。下面小編就帶著你去通透了解鋰電池技術(shù)。
無線充電存在的意義是為了給電池充電,如果對電池不懂,就不要談充電,更不要談無線充電,想了解無線充電,先了解電池,這里說的電池主要是指鋰電池。這里只介紹電池的基礎(chǔ)知識,適合無線充電行業(yè)的所有從業(yè)人員。
太多的人對電池等的認(rèn)識是有誤區(qū)的:
誤區(qū)一:電池是否需要激活,新電池是否需要反復(fù)充放3次,每次充12小時。
誤區(qū)二:電池盡量少充電,少使用壽命才長。
誤區(qū)三:電池充電充太久了會爆炸,充滿了就要拔掉電源。
誤區(qū)四:充電越快,電池越好。
誤區(qū)五:充電器充電電流越大,充電越快。
誤區(qū)六:無線充電沒有有線充電快。
我們先不討論這些誤區(qū)的原因在哪里,下面我們一起分析一下鋰電池的特性后自然都清楚了具體原因。
全文分三大塊介紹:電池基礎(chǔ)、電池保護(hù)、電池充電。
(一)鋰電池基礎(chǔ)
鋰電池的組成
我們平時見的手機(jī)電池都是鋰電池,行業(yè)較電池PACK,鋰電池PACK主要由兩大塊構(gòu)成:電芯和保護(hù)板。電芯主要由五塊構(gòu)成:正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和外殼。保護(hù)板主要由保護(hù)芯片、MOS管、電阻電容和PCB板構(gòu)成。
鋰電池的分類
鋰電池按照形狀分為圓柱型電池和方形電池。圓柱型如一些移動電源和電動工具用的18650電池,方形電池如手機(jī)電池。
按電解液分為鋰離子電池和聚合物電池。鋰離子電池電解液是液態(tài)的,外殼是一般是硬的,一般為鋁殼或鋼殼,如三星的傳統(tǒng)機(jī)器都是鋰離子電池。聚合物電池電解液為固態(tài),如蘋果手機(jī)的電池。
鋰電池的常用術(shù)語
1>電池容量
電池的容量又叫電池的電量,單位為Ah(安時)或mAh(毫安時)。容量為1Ah的電池理想情況,在充滿電的情況下用1A的電流持續(xù)放電可以放1個小時。
2>充/放電倍率
充/放電倍率表示以多大電流充/放電,一般以電池的標(biāo)稱容量的倍數(shù)來計算,一般稱為“多少C”。2500mAh的鋰電池,如果放電倍率為1C是指放電電流為2500mA,充電電流為0.2C是指充電電流為500mA。
3>標(biāo)稱電壓
鋰電池的標(biāo)稱電壓又稱為額定電壓,普通手機(jī)電池的標(biāo)稱電壓一般為3.7V,電池充滿時的電壓一般為4.2V左右,電池剛放完時的電壓一般為2.5V左右。
4>標(biāo)稱功率/標(biāo)稱能量
根據(jù)物理教材,P=U*I,W=U*I*t,功率的單位為W(瓦),能量的單位為Wh(瓦時)。容量為1500mAh的電池,標(biāo)稱電壓為3.7V,標(biāo)稱功率為5.55W,標(biāo)稱能量為5.55Wh。
5>內(nèi)阻
電池可以等效為一個電壓源,帶有一定的內(nèi)阻的電壓源。對電池來說,內(nèi)阻越小越好,內(nèi)阻越小也越貴。
電池的內(nèi)阻的單位為Ω(歐姆)或mΩ(毫歐)。電池內(nèi)阻主要受電池的材料和制造工藝的影響。
6>循環(huán)壽命
電池的循環(huán)壽命一般指充滿和放光一次的循環(huán),電池到了循環(huán)壽命后,電池老化很厲害,電池的容量將下降很多,循環(huán)壽命也是衡量電池的重要指標(biāo)。
IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電池的循環(huán)壽命為500次后保持為初始容量的60%,國標(biāo)規(guī)定循環(huán)300次后容量應(yīng)保持為初始容量的70%。
7>剩余電量(SoC)
電池的剩余容量指電池當(dāng)前的電量與總的可用電量的百分比,0%~100%,反映還有多少電量的情況。(SoC : State of Charge).
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(二)電池保護(hù)
鋰電池為什么需要保護(hù)?
鋰電池由于其化學(xué)活性,結(jié)構(gòu)等原因需要有保護(hù)系統(tǒng),如果沒有保護(hù)系統(tǒng),可能對電池的使用壽命影響很大,嚴(yán)重的情況可能存在爆炸或燃燒的危險。沒有帶保護(hù)板的鋰電池是禁止使用的。
鋰電池要避免深充深放,這樣會嚴(yán)重影響電池壽命,如果經(jīng)常給電池補充電對電池的壽命有幫助。很多人要用到手機(jī)自動關(guān)機(jī)才開始給手機(jī)充電,這是嚴(yán)重不好的習(xí)慣,一個是電量低的時候RF發(fā)射功率大,輻射厲害,同時影響電池的使用壽命。
經(jīng)常使用無線充電的朋友,由于不撥打電話的時候,手機(jī)放在無線充電器上,無線充電器會及時的給手機(jī)補充電量,對電池的壽命很有幫助。
因此電池最好的狀態(tài)是不要充太滿也不要放過量。
鋰電池保護(hù)系統(tǒng)如下圖:
鋰電池由于其特殊原因,需要至少以下保護(hù)措施:
1>過充保護(hù)
當(dāng)電池快充滿時,一般電池電壓達(dá)到4.2V左右,需切斷充電通路,防止電池過充。
2>過放保護(hù)
當(dāng)電池快放完時,一般電池電壓達(dá)到2.5V左右(不同廠家電壓會有一定差異),也需切斷放電通路,防止電池過放。
3>過溫保護(hù)
當(dāng)電池由于過大電流充放電或異常時,電池溫度會急劇升高,一般電池溫度達(dá)到60~65°左右,一定要切斷充放電回路,確保系統(tǒng)安全。
電池溫度過高對電池的使用壽命也會有較大影響,如果電池長時間工作在高溫環(huán)境,如45°以上,會嚴(yán)重縮短電池的使用壽命。
很多無線充電的接收端是緊貼電池的,有些廠家的接收端設(shè)計的不合理,效率低,發(fā)熱嚴(yán)重,同時也會嚴(yán)重影響電池的壽命,做無線充電的朋友一定要注意這一塊。
另外有些保護(hù)系統(tǒng)還會對充電電流和放電電流做保護(hù),防止系統(tǒng)過流或短路。
手機(jī)電池都帶有保護(hù)系統(tǒng)的,如果電池充滿,電池保護(hù)系統(tǒng)會自動關(guān)斷,切斷充電回路,不用擔(dān)心電池爆炸的危險。
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(三)電池充電
分析電池一定要分析電池的充電,同時結(jié)合無線充電分析。鋰電池由于其本身的特性,充電也是有要求的,如果電池嚴(yán)重過放,電壓很低的話,只能以小電流給電池充電,慢慢激活電池,否則對電池傷害會很大。
另外大電流、高倍率給電池充電或放電都對電池有傷害,會影響電池的使用壽命。
業(yè)內(nèi)一般對電池的充電過程分為三段:涓流、恒流、恒壓。
電池電壓過低時采用先涓流充電,當(dāng)電池電壓充到正常電壓后再恒流快速充電,當(dāng)電池快充滿時又轉(zhuǎn)為小電流恒壓充電給電池慢慢補充電量。
舉個例子:
經(jīng)常發(fā)生的事,很多朋友有時想簡單對比兩個無線充電器的充電速度,一般是兩個手機(jī)一個電量少(假如50%)左右,一個電量多(假如90%),放在上面同時充10分鐘再看結(jié)果,一個充了5%左右,一個只充了1%左右,問我差異怎么這么大,我只能說你這個對比的差異也太大了。
另外什么情況是充滿了,通過電池電壓判斷是不太準(zhǔn)確的,業(yè)內(nèi)有一個標(biāo)準(zhǔn),一般認(rèn)為恒壓充電時充電電流為恒流充電的0.1倍左右就認(rèn)為充滿了。
鋰電池的充電電流與電壓的曲線圖如下:
對電池來說,充電快慢主要是由恒流充電階段的充電電流決定的,與你采用的是有線充電還是無線充電沒有直接關(guān)系。無論是有線充電還是無線充電,只要充電器提供的充電電流大,充電速度就快。
無線充電技術(shù)就不在這里分析了,另外更多無線充電經(jīng)典技術(shù)介紹,敬請關(guān)注無線充電圈官方微信(WXCDQ360)。
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