1 鋰電池應用概況

近年來，便攜式電子產品正向輕量化、超小型化發展，為此鋰離子電池得到廣泛應用，比較常見的正極材料為鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池，還有磷酸鐵鋰電池和磷酸鐵錳電池等。但是目前大量應用的鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池安全性能較差。多年來，手機鋰電池、筆記本鋰電池組、移動DVD用鋰電池和礦燈用鋰電池等不斷出現燃燒和爆炸等現象，造成極大的經濟損失和極壞的社會影響。為了消除這種現象，便攜式電子設備已開始采用安全性能極好的磷酸鐵鋰電池。此外，電動工具過去普遍采用鎳鎘電池，由于含有鎘等嚴重污染環境和毒害人身健康的材料，已被許多國家禁止生產和使用，目前唯一可以替代的只有磷酸鐵鋰電池。在電動助力車和混合動力汽車中，過去普遍采用非常笨重的鉛酸蓄電池或鎳氫電池。為了減輕電池重量，國內外曾有不少研究人員試圖采用鈷酸鋰和錳酸鋰電池，結果都以失敗告終。隨著磷酸鐵鋰電池的推廣應用，成本不斷降低，性能不斷提高，電動車輛采用磷酸鐵鋰電池已成為必然趨勢。由于磷酸鐵鋰電池的主要技術參數與錳酸鋰和鈷酸鋰電池具有較大的差別，因此過去大量生產的鋰離子電池充電控制專用集成電路、厚膜電路和模塊等不能對磷酸鐵鋰電池進行充電，為了滿足手機、筆記本電腦、礦燈、移動DVD、MP4、電動工具和電動車輛中磷酸鐵鋰充電的要求，必須盡快開發研制出通用型磷酸鐵鋰電池充電厚膜電路和模塊。

2 鋰電池充電模塊基本組成

磷酸鐵鋰電池通用充電模塊由充電電流采樣電路、充電開關管、集成控制電路、充電電壓采樣電路等部分組成，如圖1所示。充電采樣電路可根據待充磷酸鐵鋰電池的容量設定充電模塊的恒定充電電流，比如對礦燈用單體4Ah磷酸鐵鋰電池充電時，該電流可設定在800mA;對筆記本電腦用10Ah磷酸鐵鋰電池充時，該電流可設置為3A.電壓采樣電路可根據待充磷酸鐵鋰電池組的串聯電池數，設定通用充電模塊輸出的恒定充電電壓，比如對礦燈用的單體磷酸鐵鋰電池充電時，該電壓設置在3.65V.對移動DVD用兩只串聯磷酸鐵鋰電池組充電時，該電壓應設置在7.3V.對電動助力車用11只串聯磷酸鐵鋰電池組充電時，該電壓應設置在40V.集成控制電路的作用是通過控制開關實現磷酸鐵鋰電池最佳充電。充電開始后，以恒定電流對磷酸鐵鋰電池充電，當電池電壓達到設定的恒定充電電壓時，自動轉入恒壓充電，確保磷酸鐵鋰電池安全快速充足電。充電開關采用MOSFET,根據設定的充電電流可選定MOSFET的額定電流值。

圖1磷酸鐵鋰電池充電模塊基本組成

3 磷酸鐵鋰電池充電模塊實際電路

對礦燈用單體4Ah磷酸鐵鋰電池充電的模塊實際電路如圖2所示，圖中C3為輸入濾波電容器，D1為隔離二極管，防止反向充電電壓加入控制電路，R2、R6、R1、R8、R10等組成電流采樣電路，將礦燈用單體磷酸鐵電池的充電電流設定在800mA,電阻R3和R9組成分壓電路，將單體磷酸鐵鋰電池的充電電壓設置在3.65V.U1為充電控制專用集成電路，可實現磷酸鐵鋰電池由恒流充電自動轉換為恒壓充電，由于礦燈電池的容量較小，充電電流較小，因此充電開關Q2選用額定電流較小的MOSFET.應當說明，本通用充電模塊為系列產品，可根據用戶的實際要求設定充電電流和充電電壓，滿足筆記本電腦、手機、移動DVD、MP4、礦燈、電動工具和電動車輛用磷酸鐵鋰電池組的不同要求。

圖2充電模塊實際電路

為了減小通用充電模塊的體積，該模塊采用厚膜工藝制作，所有電阻、電容和引線均采用印刷的方法印制在陶瓷基片上，集成電路MOSFET和二極管均采用管芯貼裝在陶瓷片上。該模塊也可采用表面貼裝的方式，將各種元件貼裝在鋁基電路板上。