要怎么樣設計便攜式使用的電池

不僅是便攜式娛樂設備和手持產品采用電池供電使用，此類使用在綠色產品中也有用武之地，例如光伏（PhotoVoltaic,PV）使用和電動車（ElectricalVehicle,EV）等。除了安全性、成本和尺寸外，將電池的運行時間最大化并延長其使用壽命，對于電池供電使用的系統設計來說也是極其緊要的。隨著用于驅動便攜式使用的電池技術不斷增多，需要選擇適宜的辦法來對可充電電池進行放電和充電。本文首先回顧適用于便攜式使用的一般電池策略，然后將討論采用當今集成處理方案的電源管理和電池管理電路設計。

主要的電池技術

電池技術可簡單地分為兩類：不可充電型和可充電型。不可充電電池在使用一次后即廢棄，稱為一次性電池。堿性電池是最常見的家用一次性電池。市面上也有堿性可充電電池，但不在本文的討論范圍內。典型堿性電池具有約莫1.5V至1.65V的浮動電壓，標稱電壓為1.2V,壽命結束時的電壓為約莫0.9V.單節堿性電池壽命結束時的電壓可低至0.7V-0.8V,詳盡取決于負載電流。表1展示了一些常見的堿性電池配置。某些使用可采用多種配置，詳盡取決于產品外形、系統要求、可用處理方案和功耗預算。

例如，某種無線光電鼠標處理方案的工作電壓范圍是1.8V至3.2V.該鼠標使用2節串聯配置的堿性電池便可正常工作，無需附加穩壓電源。如果需要極其緊湊的鼠標設計，則2節AA/AAA堿性電池可能不適用。在這種情況下，可使用單節AA/AAA堿性電池來減少所占空間，但需要用升壓轉換器將電壓升至1.8V。

表1：堿性電池配置的比較

可充電電池被認為是二次電池，每次使用后都可將電量盡可能恢復到原始狀態，直至電池壽命結束。本文將以鋰電池（Li-Ion）、鋰聚合物電池（Li-Poly）和鎳氫電池（NiMH）為例進行說明。鎳氫電池是很好的堿性電池替代品，因為其外形和工作電壓范圍與堿性電池類似。傳統鎳氫電池的一個缺點是自放電率高（每月約20%,如表2所示），但有一家領先的電池制造商已克服了這一難關，其推出的鎳氫電池系列在加工12個月后仍可保持至少85%的電容量。恢復鎳氫電池的電量有簡單且低成本的處理方案，但采用雙重截止充電辦法（通過充電電流和工作環境來指定）的嵌入式充電器將獲得最優性能。雙重截止充電辦法結合了溫度隨時間升高和電壓隨時間降低（或不變）的特性。

表2：電池化學性能的比較

鋰電池目前被認為是成熟的電池技術，已廣泛使用于移動電話和汽車等范疇，因為與十年前相比，其加工成本更低且性能更好。在設計多節電池系統時，單節標稱電壓為3.6V的電池具有巨大優點，可減少2/3的電池節數。鋰電池在質量和體積上的高能量密度使其適用于多種便攜式使用，例如個人媒體播放器或無線藍牙（Bluetooth）耳機。但是，需要提供保護電路，以將鋰電池可能導致的危險（例如過充或過熱）降至最低限度。鋰電池的使用壽命相對較長（可充電500-1,000次），如果每天都對電池充電，在至12年后才需要更換。設計合理的鋰電池電源管理系統將延長電池使用壽命，并提高整個系統的可靠性。

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