电池基电源管理系统的设计分析

电池基系统广泛地应用在蜂窝电话、PDA游戏机、医疗仪器等领域。这些系统需要有效的电源管理以便使设备尺寸和电池寿命最佳化。

　　电池基电源管理系统包括电池和为系统提供电源的稳压电路。主要的设计目标包括：

　　性能和充电时间间隔指标，要通过有效的系统设计，使电池尺寸最小、重量最轻。

　　在宽输入电压范围内提供合适的稳定输出电压，在电池电压下降时电池基系统能正常地工作。

　　要求电源管理系统减小印刷电路板大小。

　　功率管理系统最小热耗，应消除复杂的热管理，热管理会增加重量和成本。

　　电源管理系统最佳化的电路布线，应避免电磁干扰。

　　高可靠性的电源管理系统。

　　电池选择

　　为了满足上述的设计目标，电源管理系统的设计从电池开始。电池类型有一次电池（或非重新充电电池）和可重新充电电池。

　　一些流行的可重新充电电池包括：

　　镍镉（NiCd）电池具有寿命长，高放电率和价格便宜。优点是简单的充电特性，能经受多次充电/放电。

　　镍氢（NiMH）电池：与NiCd电池比具有较高能量密度，但是要以降低寿命为代价，其能量密度比NiCd高30%~40%。NiMH储存效应比较小。充电时，NiMH采用更复杂的充电算法并消耗一些热量，因此，所需的充电时间比NiCd长。

　　锂离子（Li-ion）电池：具有高能量密度而且重量轻。当今锂电池以单位重量的最大电化学势能和最高能量密度而处于电池的中心位置。锂离子电池是安全的，它在充电和放电时能提供一定的安全措施。其能量密度是标准NiCd电池的2倍。另外，它具有高容量，其负载特性是相当好的，放电特性类似于NiCd。它相当高的电池电压（2.7~4.2V）使得很多Li-ion电池组只有一个电池组成。寿命为300充电/放电周期，在500周期为50%容量。然而，Li-ion电池需要保护电路，保护电路在充电期间限制每个电池的峰值电压，并阻止放电时电压下降太低。保护电路不仅限制最大充电和放电电流，而且监控电池温度。在处理和测试Li-ion电池时应小心短路、过充电、压碎、敲击、损坏、穿入、反向极性、暴露在高温或折开电池。

　　只用带设计有保护电路的Li-ion电池。

　　电池（battery）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。

　　电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时，电池非静电力（化学力）所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常用安培小时作单位。在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。

　　电池的能量储存有限，电池所能输出的总电荷量叫做它的容量，通常用安培小时作单位，它也是电池的一个性能参数。电池的容量与电极物质的数量有关，即与电极的体积有关。

　　实用的化学电池可以分成两个基本类型：原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能的。

　　锂聚合物（Li-Pol）电池：能量密度与Li-ion电池类似，但使用较安全，并且有较好的封装灵活性。Li-Pol电池与Li-ion不同的地方是制造坚固性、安全性和薄外形几何形状。不像Li-ion电池那样，不存在易燃性的危险。因为Li-Pol的电极是叠层式的。

　　一些电池组包含一个集成IC保护电路。此IC防止可能导致过热的大电流。锂离子电池组中的电池需要单独的电压监控。串联连接的电池越多，其保护电路就越复杂。注意：不要放电低于2.5V的锂基电池，不然，就切断电池的保护电路。

　　所有的电池都会自放电。自放电对于镍基电池是最显着的。通常在充电之后的第一个24小时，镍基电池放电其容量的10%~15%，其后的放电率是每月10%~15%。Li-ion自放电在第一个24小时大约为5%，其后为1%~2%。