隨著現(xiàn)代電子行業(yè)的迅猛烈發(fā)展，筆記本電腦因?yàn)槠潴w積小，重量輕，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，已逐步替代臺(tái)式電腦，走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，成為現(xiàn)代人工作，學(xué)習(xí)，生活常用的現(xiàn)代化電子設(shè)備。2000年前筆記本電腦的電池，往往采用鎳氫電池進(jìn)行制造，但由于鎳氫電池重量重，具有記憶效應(yīng)，在使用的時(shí)候，其性能往往不盡人意，自從19世紀(jì)，90年代，發(fā)明了鋰離子電池，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn)，鋰離子電池的生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，其電池的容量也不斷增加，其中以松下，三洋等品牌的鋰離子電池的性能比較優(yōu)良，在出口的筆記本電腦的電池，多數(shù)采用這些品牌的單電池進(jìn)行組裝，制造成電池組。但鋰離子電池在工作時(shí)，其內(nèi)部進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)非常劇烈，也具有一定的危險(xiǎn)性，所以一般，由鋰離子電池制造加工成的筆記本電池，其保護(hù)控制部分，要比由鎳氫電池加工成的筆記本電池要復(fù)雜的多。
1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的正極材料為氧化物，常見(jiàn)有氧化錳鋰、氧化鈷鋰、氧化鎳鋰、磷酸鐵鋰等。鋰離子電池的負(fù)極材料主要是石墨化碳材料，其導(dǎo)電劑為乙炔黑。其電解質(zhì)，有碳酸脂和聚合物兩種。鋰離子電池的隔膜采用聚烯微孔隔膜，而且此隔膜在離子今昔功能交換的時(shí)候，保液能力好，強(qiáng)度高，抗氧化性能好。最后外殼由鋁殼或塑殼組成。
2 筆記本電腦電池的參數(shù)要求
筆記本電腦電池，規(guī)定了充放電的一些基本電氣性能，現(xiàn)以單節(jié)松下電池，型號(hào)為CGR18650，容量為2000mAH，9個(gè)單電池進(jìn)行三并聯(lián)再三串聯(lián)加工制造成的筆記本電池組為例進(jìn)行說(shuō)明：
3 筆記本電池組的保護(hù)功能元件
在筆記本電腦的電池中，除了用有保護(hù)功能的電路板實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能外，還增加了有獨(dú)立保護(hù)功能的電子元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
3.1過(guò)流保護(hù)功能
一般在電池組的的負(fù)極輸出端串聯(lián)自恢復(fù)式熱敏電阻polyswitch LR730，當(dāng)電流流向負(fù)極的時(shí)候，在polyswitch上產(chǎn)生的溫度為40℃，電流超過(guò)13A或是常溫下超過(guò)16A，這個(gè)PTC元件就會(huì)在幾十秒種內(nèi)，由之前的低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，將電流限制到足夠小的范圍內(nèi)，起到過(guò)流保護(hù)的作用。當(dāng)過(guò)電流問(wèn)題解除后，熱敏電阻可以自行恢復(fù)到初始低電阻導(dǎo)通狀態(tài)。
3.2過(guò)溫保護(hù)功能
由于筆記本電腦電池充放電時(shí)是發(fā)熱的，當(dāng)負(fù)載短路或其它異常放電情況，而保護(hù)電路失效，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的電流，使得電池內(nèi)部溫度急劇升高，在極短的時(shí)間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反映，此時(shí)是非常危險(xiǎn)的，必須切斷電流，在電池組中間串聯(lián)一個(gè)溫度保護(hù)器件溫度保險(xiǎn)絲Thermal fuse顯得尤為重要,，把它用導(dǎo)熱膠，緊貼在電池表面，感受電池的溫度，當(dāng)電池組發(fā)生異常，溫度達(dá)到或超過(guò)98℃時(shí)，溫度保險(xiǎn)絲立即熔斷，并且不可以恢復(fù)，從而起到最后一級(jí)保護(hù)。
4 筆記本電腦電池的保護(hù)電路
鋰離子電池的安全性問(wèn)題不僅與電池的材料本身性質(zhì)有關(guān)，也與電池的制備技術(shù)和使用有關(guān)，如過(guò)充電，短路，熱沖擊和機(jī)械沖擊等，對(duì)鋰離子電池的安全性能產(chǎn)生影響，鋰離子電池由于其化學(xué)性能劇烈，在加工成筆記本電池組時(shí)，會(huì)用一個(gè)比較完備的保護(hù)電路對(duì)其充電，放電過(guò)程予以保護(hù)。圖3為以下部分參考電路。
4.1電路中的過(guò)充保護(hù)
筆記本電腦電池，在恒壓模式下，一般經(jīng)過(guò)3個(gè)小時(shí)左右的充電，就會(huì)達(dá)到充飽狀態(tài)，如果這時(shí)不切斷充電電源，繼續(xù)充電，電池的電壓會(huì)隨著不斷流入的充電電流而升高，雖然這時(shí)候的充電電流很小，但如果不切斷充電電路，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電現(xiàn)象，過(guò)充不僅僅會(huì)損壞電池，還可能發(fā)生由于電壓過(guò)高，電池過(guò)熱以致電池內(nèi)部由于氣體膨脹出現(xiàn)爆炸等危險(xiǎn)。這時(shí)候具有保護(hù)功能的電路控制就顯得非常重要了。一般具有保護(hù)功能的電路板，都會(huì)采用一些專門(mén)的電池保護(hù)芯片，如MM1414，S-8254，BQ29311，BQ29312等，我們以MITSUMI(日本美上美)的MM1414芯片為例，MM1414芯片，可以對(duì)多達(dá)4組電池的電壓進(jìn)行采樣和監(jiān)測(cè)，PIN15~PIN18為電池電壓采樣PIN，當(dāng)采樣到的單組電壓超過(guò)4.35±0.25V,即整個(gè)電池組的電壓超過(guò)12.7V時(shí)候，MM1414 PIN1 OV就會(huì)因過(guò)壓由高電位轉(zhuǎn)換為低電位，如果電路中接有P溝道的MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管，如SI4425，可以先將低電位信號(hào)輸入到一個(gè)PNP三極管的基極，當(dāng)PNP三極管飽和導(dǎo)通時(shí)，將集電級(jí)的高電位輸入到負(fù)責(zé)充電的PMOSFET（充電時(shí)候，電流首先流過(guò)的MOSFET）的控制極柵極，使PMOS工作在截止區(qū)，充電電路斷開(kāi)，從而起到了過(guò)充保護(hù)功能。
4.2電路中的過(guò)放保護(hù)
筆記本電腦電池在放電的時(shí)候，當(dāng)單節(jié)電池電壓已經(jīng)達(dá)到最低電壓的限制2.3V，此時(shí)如果繼續(xù)放電，雖然不會(huì)存什么危險(xiǎn)，但是，過(guò)放電，會(huì)大大損壞電池的性能，一般的單個(gè)鋰離子電池，在正常充放電的情況下，其壽命超過(guò)300個(gè)充放電循環(huán)，就是300個(gè)cy cle,隨著不斷的充放電循環(huán)，電池的容量也逐漸下降，以松下CGR18650（2000mAH）為例，按照正常的300個(gè)充放電循環(huán)后，電池的容量大概還會(huì)有926 mAH以上，比起電池的額定容量2000mAH減少了一半，如果電池過(guò)放電，使用的壽命就會(huì)大大的縮短。筆記本電池的過(guò)放電保護(hù)也是非常重要的，過(guò)放保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)MM1414電池保護(hù)芯片的PIN5來(lái)實(shí)現(xiàn)，PIN5 DCHG為輸出PIN，可以直接控制FET（P-CH）的控制極，如SI4425,正常狀態(tài)為低電平狀態(tài)，當(dāng)MM1414電壓輸入信號(hào)端檢測(cè)到每組電壓低于2.3v, MM1414 PIN5輸出高電位，可以直接跟使負(fù)責(zé)放電P溝道MOSFET管的柵極（放電時(shí)候，電流首先流過(guò)的MOSFET）相接，使放電MOSFET管關(guān)閉，使放電通路斷開(kāi)，使電池停止繼續(xù)放電，起到了過(guò)放保護(hù)。其過(guò)放控制的檢測(cè)死區(qū)時(shí)間可以通過(guò)PIN7 CDC這個(gè)輸入接口，對(duì)地接一個(gè)電容來(lái)控制。
4.3電路中的過(guò)流保護(hù)
當(dāng)筆記本電池的負(fù)載出現(xiàn)短路或其它的故障，電池會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的電流進(jìn)行放電，這個(gè)時(shí)候也是非常危險(xiǎn)的狀態(tài)，必須立即斷開(kāi)放電通路。過(guò)流檢測(cè)通過(guò)MM1414 PIN3 CS接到放電MOS與充電MOS中間一個(gè)取樣電阻上，來(lái)檢測(cè)放電MOS源極和漏極的壓降，當(dāng)電流超過(guò)16A，PIN5 DCHG將輸出高電平，將放電MOS關(guān)閉，停止放電。過(guò)流控制的檢測(cè)死區(qū)時(shí)間，可以通過(guò)PIN8 COL這個(gè)輸入接口，對(duì)地接一個(gè)電容來(lái)進(jìn)行控制。
4.4 MOSFET管過(guò)溫保護(hù)
電池在工作的時(shí)候，電流會(huì)流過(guò)電路中的兩組MOSFET管，一般電路會(huì)接有四個(gè)MOSFET，每對(duì)MOSFET并聯(lián)，分擔(dān)流過(guò)的電流，由于工作過(guò)程中，MOSFET會(huì)發(fā)熱甚至被擊穿，一般會(huì)在電路的輸出端串聯(lián)一個(gè)139℃溫度保險(xiǎn)絲，用導(dǎo)熱膠將溫度保險(xiǎn)絲固定在兩對(duì)MOSFET的表面，當(dāng)MOSFET管表面的溫度超過(guò)139℃的時(shí)候，這時(shí)電路一般已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障，電路中的保護(hù)功能已經(jīng)失控，必須立即切斷通路，這時(shí)串聯(lián)在電路與負(fù)載之間的溫度保險(xiǎn)絲熔斷，并且不可恢復(fù)，保護(hù)了整個(gè)筆記本電池的安全。
5 筆記本電池的保養(yǎng)
筆記本電腦最大的優(yōu)勢(shì)就是可以隨身攜帶，隨時(shí)隨地都可以將筆記本電腦打開(kāi)，這時(shí)候，你的筆記本電腦電池的性能就顯的尤為重要，筆記本電池在使用過(guò)程中需要一定的保養(yǎng)和維護(hù)。
5.1要避免高溫
筆記本電腦的電池，在經(jīng)常處于高溫的環(huán)境中，自己的容量會(huì)降低，如果筆記本電腦，長(zhǎng)時(shí)間需要外接電源的話，建議將電池拔下，因?yàn)楣P記本電腦在使用的時(shí)候是產(chǎn)生一定的高溫的，電池在這種長(zhǎng)時(shí)間的高溫下，很容易受到損害，影響以后的放電性能。
5.2防止高壓
在雷雨天的時(shí)候，要避免給筆記本電池充電，此外，在使用的時(shí)候，也要避免跟一些大功率的電器同用一個(gè)電源插座上使用，因?yàn)榇蠊β实碾娖髟陂_(kāi)啟或關(guān)閉的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生瞬間的高壓，有可能會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞。
5.3少插拔
筆記本電腦電池的外部連接器PIN腳插拔時(shí)容易磨損，最好不要經(jīng)常頻繁的進(jìn)行插拔。
5.4筆記本電池的存儲(chǔ)
筆記本電池長(zhǎng)時(shí)間不用的話，可以將其充電50%左右，放置在涼爽，干燥處。筆記本電池在充飽的狀態(tài)，或在高溫的狀態(tài)，其自放電會(huì)隨著電池的容量和溫度上升而增加，所以，不要把筆記本電池充飽后再存放。5.5注意使用安全
跟其它的電池一樣，筆記本電池都要避免接近火源，勿私自進(jìn)行拆開(kāi)修理，避免正負(fù)極短路，不能用尖銳的物體刺穿電池，存儲(chǔ)時(shí)避免潮濕和高溫等
6 結(jié)束語(yǔ)
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，筆記本電池的保護(hù)功能也逐漸升級(jí)，為消費(fèi)者提供功能越來(lái)越強(qiáng)，安全性能越來(lái)越高的產(chǎn)品也是筆記本電腦電池開(kāi)發(fā)所追求的最終目標(biāo)。
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本文標(biāo)題：淺談筆記本電腦電池的保護(hù)電路
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