介紹

由于電池能夠在旅途中存儲(chǔ)和傳輸能量，因此電池已成為一種常見(jiàn)物品，幾乎在我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃须娮赢a(chǎn)品中都可以找到。當(dāng)需要便攜式醫(yī)療設(shè)備時(shí)，電池可以挽救生命，并在耳機(jī)和便攜式電動(dòng)工具等應(yīng)用中提供充足的日常用途。當(dāng)沒(méi)有直接電源時(shí)，充電電池可以依靠移動(dòng)電源進(jìn)行充電。

本文將通過(guò)介紹基本的電池組件、參數(shù)、電池類(lèi)型以及 MPS 專(zhuān)為可充電電池設(shè)計(jì)的電池充電器 IC 來(lái)討論一些基本的電池基礎(chǔ)知識(shí)。

電池組件

電池由多個(gè)組件組成，這些組件允許電池存儲(chǔ)和傳輸電力。為了給電池充電和放電，帶電粒子（離子和電子）必須沿特定方向流動(dòng)并流經(jīng)特定組件。盡管電池的化學(xué)成分不同，但它們都有一些基本組成部分：

陰極：陰極是發(fā)生還原的正極（或電導(dǎo)體），這意味著陰極在放電過(guò)程中獲得電子。陰極通常決定電池的化學(xué)性質(zhì)，有多種類(lèi)型（例如鋰離子電池、堿性電池和鎳氫電池）。

陽(yáng)極：陽(yáng)極是發(fā)生氧化的負(fù)極，這意味著陽(yáng)極在放電時(shí)失去電子。陽(yáng)極通常是導(dǎo)電材料，例如金屬。

電解質(zhì)：電解質(zhì)允許離子在陽(yáng)極和陰極之間流動(dòng)。該介質(zhì)可以是固體、液體，甚至凝膠。電解質(zhì)攜帶允許電化學(xué)反應(yīng)的離子，并且電解質(zhì)的類(lèi)型根據(jù)陰極而變化。例如，鋰離子電池中的電解質(zhì)通常是液體或凝膠（例如鋰聚合物電池）。

隔膜：隔膜是一種多孔材料，可防止陽(yáng)極和陰極之間的直接接觸，因?yàn)檫@些組件之間的接觸可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，導(dǎo)致電池著火甚至爆炸。分離器允許離子流動(dòng)。

收集器：顧名思義，收集器收集電流。它是一種導(dǎo)電材料，允許電子在電極和電路之間流動(dòng)。集電器通常是金屬或碳基的，并且連接到陽(yáng)極和陰極。

端子：電池的端子是將電池的金屬觸點(diǎn)連接到外部電路的地方。通常，端子位于電池的兩端。雖然傳統(tǒng)電池通常有兩個(gè)端子（一個(gè)在陰極，一個(gè)在陽(yáng)極），但較新的電池可以有十多個(gè)端子。

圖 1 顯示了鋰離子電池的電池圖。請(qǐng)注意，其他電池化學(xué)成分可能具有不同或額外的運(yùn)行組件。例如，鋰離子電池在陰極和多孔隔膜之間具有鋰金屬氧化物，然后在隔膜和陽(yáng)極之間具有鋰金屬碳。這些離子轉(zhuǎn)移都發(fā)生在電解質(zhì)（例如凝膠或液體）內(nèi)。

圖 1：鋰離子電池圖

當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，正鋰離子從陰極內(nèi)部流向陽(yáng)極；同時(shí)，電子從陰極外部流向陽(yáng)極。當(dāng)電池放電時(shí)，鋰離子和電子沿相反方向流動(dòng)。

電池參數(shù)

選擇電池時(shí)，需要考慮和了解多個(gè)參數(shù)，特別是因?yàn)檫@些規(guī)格會(huì)因每種電池類(lèi)型而異。這些參數(shù)包括但不限于：

化學(xué)成分：不同的電池化學(xué)成分具有不同的特性，例如與電壓、容量和能量密度相關(guān)的特性。下面將描述其中一些化學(xué)成分，但要更深入地了解電池化學(xué)成分，請(qǐng)了解電池化學(xué)成分如何影響充電器選擇。

電壓：電池電壓是陽(yáng)極和陰極之間的電壓差。不同的電池化學(xué)成分有不同的額定電壓；例如，鋰離子電池的額定電壓為3.7V，而堿性電池的額定電壓約為1.5V。電壓越高，容量和輸出功率就越高。

容量：電池的容量是指它可以存儲(chǔ)和提供的電能的量。容量表示在完整充電或放電周期期間傳輸?shù)碾姾煽偭俊Ｈ萘枯^高的電池不需要像容量較低的電池那樣快速充電或更換。

循環(huán)壽命：循環(huán)壽命描述了可充電電池在其容量永久下降到一定百分比之前可以充電和放電的次數(shù)。

能量密度：對(duì)于電池來(lái)說(shuō)，能量密度衡量的是每單位體積可以存儲(chǔ)多少能量。能量密度較高的電池可以在較小的封裝中存儲(chǔ)更多的能量，這使得它們非常適合空間受限的應(yīng)用。

自放電率：電池的自放電率是指電池在不使用時(shí)失去電量的速率。如果您曾經(jīng)想知道為什么電子設(shè)備在一段時(shí)間不活動(dòng)后無(wú)法打開(kāi)，這是因?yàn)殡姵貢?huì)自放電，直到電池失去足夠的電量而不再支持設(shè)備功能。

功率：電池的額定功率決定了它可以向連接的負(fù)載提供多少功率。它是電池電壓與電池允許的最大放電電流之和。

效率：在這種情況下，效率是指放電期間提供的電能與充電期間提供的電能之比。效率更高的電池不會(huì)損失太多能量或散發(fā)太多熱量，這意味著它們能夠持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。

電池類(lèi)型：優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

電池主要有兩種類(lèi)型：一次性電池和可充電電池（見(jiàn)圖 2）。在這兩種電池類(lèi)型之間，有許多電池化學(xué)成分決定了容量、電壓和能量密度等參數(shù)。

一次性電池是只能使用一次的電池，完全放電后必須更換。同時(shí)，充電電池即使在完全放電后也可以多次充電和使用。

圖 2：一次性電池（左）和充電電池（右）

一次性電池

 一次性電池已預(yù)先充電并可供使用，在未使用時(shí)可保留電量多年，并且專(zhuān)為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，這意味著它們不需要維護(hù)。然而，一次性電池在使用后必須立即更換，這可能會(huì)帶來(lái)不便，例如在旅行時(shí)，因?yàn)檫@意味著要么存儲(chǔ)額外的電池，要么購(gòu)買(mǎi)新電池。此外，電池處理也是一項(xiàng)環(huán)境挑戰(zhàn)，因?yàn)槿绻幚聿划?dāng)，這些電池中的金屬和材料可能會(huì)危害環(huán)境。

 下面列出了一些一次性電池類(lèi)型及其化學(xué)成分。

 堿性電池：堿性電池（例如 AA、AAA、C 和 9V）非常常見(jiàn)，用于許多日常用品，例如手電筒、玩具和遙控器。堿性電池使用簡(jiǎn)單，大多數(shù)商店都有售，而且它們的自放電率相對(duì)較低。

鋅碳電池：鋅碳電池與堿性電池類(lèi)似，自放電率相對(duì)較低，必須更換，但能量密度較低，通常使用時(shí)間較短。因此，它們通常用于低電流消耗的設(shè)備，例如時(shí)鐘和收音機(jī)。

可充電電池

 盡管必須根據(jù)其應(yīng)用仔細(xì)選擇可充電電池，但它們對(duì)環(huán)境更好，更具成本效益，并且通常比一次性電池提供更多電量。充電電池在沒(méi)有直接電源的情況下旅行時(shí)也特別有用，因?yàn)樗鼈兛梢允褂靡苿?dòng)電源充電。

 鉛酸：鉛酸電池是一種成熟的可充電電池類(lèi)型，通常用于不間斷電源 (UPS) 等應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└唠娏鞑⑻峁┛煽康陌踩浴１M管這些電池具有成本效益，但它們的能量密度比其他電池類(lèi)型低，而且很重，這意味著不建議將它們用于移動(dòng)應(yīng)用。

鋰離子：鋰離子電池是可充電電池，常用于便攜式應(yīng)用，例如智能手機(jī)和筆記本電腦。由于鋰離子電池具有高能量密度和低自放電率，因此其保質(zhì)期長(zhǎng)且充電速度快。然而，它們需要安全功能來(lái)防止在次優(yōu)條件下著火甚至爆炸。類(lèi)似的電池類(lèi)型包括鋰聚合物電池和磷酸鐵鋰（LFP）電池。

NiMH/NiCd：NiMH 和 NiCd 電池是相對(duì)相似的電池類(lèi)型，用于無(wú)繩電話、電動(dòng)工具和數(shù)碼相機(jī)等應(yīng)用。兩種電池類(lèi)型均可充電 500 至 800 次。鎳氫電池具有非常高的能量密度，并且兩種電池類(lèi)型具有相似的標(biāo)稱(chēng)電壓。然而，由于鎘的環(huán)境問(wèn)題，鎳鎘電池變得越來(lái)越不常見(jiàn)。

可充電電池的電池充電器 IC

對(duì)于環(huán)保、多功能的充電電池來(lái)說(shuō)，擁有與電池和系統(tǒng)規(guī)格兼容的電池充電器 IC 至關(guān)重要。電池充電器 IC 可以通過(guò)提供保護(hù)和調(diào)節(jié)充電過(guò)程來(lái)使電池受益。下面更詳細(xì)地描述這些好處。

電池保護(hù)：某些電池充電器執(zhí)行能夠保護(hù)電池和電池充電器的保護(hù)。保護(hù)功能包括過(guò)壓保護(hù) (OVP)、欠壓保護(hù) (UVP)、過(guò)流保護(hù) (OCP) 和過(guò)溫保護(hù) (OTP)，可防止電池和電池充電器出現(xiàn)可能導(dǎo)致電池?fù)p壞的潛在危險(xiǎn)情況。火災(zāi)或爆炸。除了電池充電器 IC 之外，MPS 還提供全面的電池監(jiān)視器和保護(hù)器，例如MP2790和MP2787。

充電調(diào)節(jié)：電池充電器（例如MP2760和MP2651）通過(guò)在充電過(guò)程中監(jiān)控電池的電壓、電流和溫度來(lái)調(diào)節(jié)充電。充電器可以調(diào)整電流和電壓設(shè)置以滿足電池的要求，并確保電池不會(huì)過(guò)度充電或過(guò)度放電，以保護(hù)電池的使用壽命。

與BMS通信：電池充電器 IC 可以通過(guò)通信接口與BMS通信，交換有關(guān)電池狀態(tài)的數(shù)據(jù)、設(shè)置保護(hù)閾值，并強(qiáng)制電池充電器進(jìn)入可能影響電池的某些狀態(tài)。如需產(chǎn)品規(guī)格書(shū)、選型指導(dǎo)、樣片測(cè)試、采購(gòu)、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。