鋰離子電池手機充電器現(xiàn)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(yīng)用越來越廣泛，用于鋰離子電池的充電器在設(shè)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現(xiàn)況、發(fā)展前景，以及目前流行的電路設(shè)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，無記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，使用壽命較長，價格也越來越低。它的這些特點促進了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。
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，但是過壓充電會造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度（精度高于1％）。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)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充的后備措施，如檢測電池溫度、限定充電時間，為電池提供附加保護。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)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，簡化充電器的操作，其中包括給過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啟動充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實現(xiàn)，當(dāng)然，也可利用ASIC、分立器件、或在微處理器的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)。

二、國內(nèi)手機充電器市場情況

目前，市場上手機充電器種類繁多，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(jiān)督抽查結(jié)果中，將近40％的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問題出現(xiàn)在: 與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強和充電電壓幾個方面。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)量問題。這些質(zhì)量問題會影響到手機的正常使用，還會影響手機的使用壽命，嚴(yán)重時還可能傷害消費者。

現(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。這些充電器由于價格非常低，攜帶方便，有許多手機用戶更愿意使用這些充電器來對電池進行充電。劣質(zhì)充電器實際上就是一個沒有安全保證的簡易變壓器，由于內(nèi)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。但實際上，由于現(xiàn)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(shè)計簡單，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。沒有保護電路的充電器，由于不能保證充電時電流的穩(wěn)定，因而會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，座式充電器和車載充電器。廠家生產(chǎn)的原裝旅行充電器和座式充電器，設(shè)計上都采用越來越精密的保護電路或開關(guān)電路設(shè)計，對電池的充電起到了良好的保護作用。車載充電器可以方便用戶在汽車上為手機充電，一端插入點煙器，另一端連接手機，但不宜在汽車中長期充電，因為汽車中溫度較高。

三、手機充電器的市場走向

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(biāo)準(zhǔn)功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制，嚴(yán)防過充的新功能，因而消費者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充電器。

2. 隨著手機種類的日益增多，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，給消費者帶來了不便。標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)一為適用于標(biāo)準(zhǔn)充電器的規(guī)格。這樣，消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時，也開始向標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標(biāo)，可以設(shè)計一個判斷AC適配器是否連接負(fù)荷（手機）的IC，當(dāng)未連接負(fù)荷時，將AC適配器的直流輸出方（2級電路）切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機時2級電路的消耗電流（可以達到數(shù)十μA）。另外，還可以在輸入交流100V方（1級電路）中設(shè)置切換電路。在未連接負(fù)荷時，通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方（2級電路）的功率從而減少耗電量。

4.現(xiàn)在市場上的大部分充電器，只是針對鋰電池或鎳氫電池充電的，但是隨著市場的發(fā)展，自動識別兩種電池而進行相應(yīng)的充電進程的充電器正在逐步占據(jù)主流。可以自動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作”，如果在充鋰電池時不小心按到了座充上的“放電鈕”，好的座充可以辨識出來是鋰電池，因此不會做放電動作；差的座充則不管三七二十一地進行放電，這就會造成鋰電池壽命的折損。

四、手機充電器的設(shè)計要求

目前一些大的廠家生產(chǎn)的手機充電器都具有以下特點: 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路設(shè)計；體積小、重量輕；自動、快速充電，充滿電后自動關(guān)斷等等。另外，有的充電器還有自動識別鋰離子、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(tǒng)等特點。
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，如果低于一個閾值電壓，就要進行涓流充電；

2.電池充到一定電壓（一般設(shè)置為2.9V）時，進行全電流充電；

3.當(dāng)電池電壓達到預(yù)置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時，開始恒壓充電，同時充電電流降低；

4.當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時，充電過程結(jié)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(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時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現(xiàn)，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特性。

一般來說，恒壓充電結(jié)束時的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設(shè)計中，對手機充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設(shè)計了檢測電路，一旦檢測到電池電壓降低，就會重新啟動充電過程（見上圖）。

其典型的充電曲線如圖所示：

綜上所述，隨著便攜式產(chǎn)品突發(fā)猛進的發(fā)展，尤其是手機的普及，以及鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池充電器的設(shè)計和功能面臨著進一步的改善。對于眾多充電器生產(chǎn)廠家來說，盡早設(shè)計出功能完善、安全實用的充電器，就能更早的在市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，搶占商機。