鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)_第2頁(yè)
鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)_第3頁(yè)
鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)_第4頁(yè)
鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩114頁(yè)未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì) : 10055 : 公開 高蕊大法 碩士學(xué)位論文 鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì) ofliion barery design 一 protectivechip 一 一 南開大學(xué)研究生院 書 ,我校的博士、碩士學(xué)位 獲得者均須向南開大學(xué)提交本人的學(xué)位論文紙質(zhì)本及相應(yīng)電子版。 本人完全了解南開大學(xué)有關(guān)研究生學(xué)位論文收藏和利用的管理規(guī)定。南開大學(xué)擁有在 著作權(quán)法規(guī)定范圍內(nèi)的學(xué)位論文使用權(quán),即: 1 學(xué)位獲得者必須按規(guī)定提交學(xué)位論文 包括紙質(zhì)印刷本及電子版 ,學(xué)??梢圆捎糜坝 ⒖s印或其他復(fù)制手段保存研究生學(xué)位論 文,并編入南開大學(xué)博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù); 2 為教學(xué)和科研目的,學(xué)??梢詫?/p>

2、 公開的學(xué)位論文作為資料在圖書館等場(chǎng)所提供校內(nèi)師生閱讀,在校園網(wǎng)上提供論文目錄檢 索、文摘以及論文全文瀏覽、下載等免費(fèi)信息服務(wù); 3 根據(jù)教育部有關(guān)規(guī)定南開大學(xué)向 教育部指定單位提交公開的學(xué)位論文; 4 學(xué)位論文作者授權(quán)學(xué)校向中國(guó)科技信息研究所和 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 光盤 電子出版社提交規(guī)定范圍的學(xué)位論文及其電子版并收入相應(yīng)學(xué)位論文 數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)其相關(guān)網(wǎng)站對(duì)外進(jìn)行信息服務(wù)。同時(shí)本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。 非公開學(xué)位論文,保密期限內(nèi)不向外提交和提供服務(wù),解密后提交和服務(wù)同公開論文。 論文電子版提交至校圖書館網(wǎng)站:http:20211320161:8001indexhtm。 本人承諾:本人的學(xué)位

3、論文是在南開大學(xué)學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品,并已通過(guò)論文答 辯:提交的學(xué)位論文電子版與紙質(zhì)本論文的內(nèi)容一致,如因不同造成不良后果由本人自負(fù)。 本人同意遵守上述規(guī)定。本授權(quán)書簽署一式兩份,由研究生院和圖書館留存。 作者暨授權(quán)人簽字: 吐握 2011年5月 30日 南開大學(xué)研究生學(xué)位論文作者信息 論文題目 鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì) 2120080247 姓名 葉振 學(xué)號(hào) 答辯日期 2011年5月26日 論文類別 博士口 學(xué)歷碩士團(tuán) 碩士專業(yè)學(xué)位口 高校教師口 同等學(xué)力碩士口 院系所 信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院 專業(yè) 微電子學(xué)與固體電子學(xué) 1xxxxxxxxxxemail yezhenrobinyahootomcn

4、通信地址 郵編 :天津市南開大學(xué)西區(qū)4?l-306 300071 備注: 是否批準(zhǔn)為非公開論文 否 注:本授權(quán)書適用我校授予的所有博士、碩士的學(xué)位論文。由作者填寫 一式兩份 簽字后交校圖書 館,非公開學(xué)位論文須附南開大學(xué)研究生申請(qǐng)非公開學(xué)位論文審批表。 南開大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所 取得的研究成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本學(xué)位論文的研究成果不包 含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所 涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體,均己在文中以明確方式標(biāo)明。本 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。

5、學(xué)位論文作者簽名: 吐拯 2011年5月 30日 非公開學(xué)位論文標(biāo)注說(shuō)明 本頁(yè)表中填寫內(nèi)容須打印 根據(jù)南開大學(xué)有關(guān)規(guī)定,非公開學(xué)位論文須經(jīng)指導(dǎo)教師同意、作者本人申 請(qǐng)和相關(guān)部門批準(zhǔn)方能標(biāo)注。未經(jīng)批準(zhǔn)的均為公開學(xué)位論文,公開學(xué)位論文本 說(shuō)明為空白。 論文題目 申請(qǐng)密級(jí) 口限制 2年 口秘密 10年 口機(jī)密 20年 保密期限 20 年 月 日至20 年 月 日 審批表編號(hào) 批準(zhǔn)日期 20 年 月 日 南開大學(xué)學(xué)位評(píng)定委員會(huì)辦公室蓋章 有效 注:限制2年 可少于2年 :秘密10年 可少于10年 :機(jī)密-a-20年 可少于20年 摘要 摘要 鋰電池作為如今廣泛使用的便攜式設(shè)備的電源,高效便捷的性能使其

6、近年 來(lái)逐步在其他眾多產(chǎn)品領(lǐng)域得到應(yīng)用,進(jìn)而部分代替了傳統(tǒng)電池。保護(hù)芯片作 為鋰電池產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分,具備基本的電池保護(hù)功能,因此對(duì)鋰電池 正常安全的使用具有決定性的作用。但在目前廣大移動(dòng)設(shè)備的使用環(huán)境下,要 求保護(hù)芯片在完善保護(hù)功能的同時(shí)一般在低電壓、低功耗狀態(tài)下工作,因此這 就對(duì)鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)提出了目標(biāo),設(shè)計(jì)一款高精度、低功耗的保護(hù)電路 芯片就具有了重要的實(shí)際應(yīng)用意義。 本文正是基于對(duì)鋰電池原理特性的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)一般鋰電池保護(hù)功 能的研究,設(shè)計(jì)一個(gè)附帶簡(jiǎn)單電量指示功能的保護(hù)電路芯片,包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì),電路各部分模塊的建立實(shí)現(xiàn),以及相應(yīng)的系統(tǒng)功能的參數(shù)仿真。 通過(guò)重點(diǎn)對(duì)低

7、功耗技術(shù)的研究,電路采用襯底驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的實(shí)際功 耗可達(dá)到709w。在cadence環(huán)境下進(jìn)行各模塊的邏輯功能仿真,得到的參數(shù)結(jié) 果控制在預(yù)期數(shù)值的誤差范圍內(nèi),達(dá)到了實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路功能的目的,而電路性 能亦能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。 關(guān)鍵詞:鋰電池保護(hù)芯片低功耗襯底驅(qū)動(dòng)電量指示 abstract abstract and is of batterybeing asme devices,liionli-polymer chargerportable itis inother field used gradually applicationproducts widdynowadaysandgetting

8、 sometraditional liion takesthe of withefficient battery place performancethen liion isthe constituentof battery, batteriesprotection important part chip,which crucial tothenormal functionsoithas the defensive impact elementary provides ofmost the environment liion portable useof batteryatpresentapp

9、lication safety workedwithlow andlow devices that canbe voltage power chip requiredprotection the thatitmust so也e of proposestarget possess designprotectionchip,which chip low of and thecharacteristics power,hasimportantpractical hi曲accuracy significance researchofliion characteristics, the isbasedo

10、llthe batteryprinciple paper functionof“?ion the onthe protection the battery,makes throughstudy protective instructioninto thestructure withthe of designed,including circuit power capability ofthecircuit moduleandthe of也e construction part parameter system,the functionthefocal isthe oflow simulatio

11、nofthe point study correspondingsystem circuit totheuseofsubstratebias inthe design? as technology technology,so power and canto simulation amditmakesthattheactual consumptionget70i-twthe power resultsof cadenceenvironmentthesimulation, have under verification completed error the ofthe inthe target

12、which range,realize successfullyprospective being and tomeet indexes circuit functions design protective get anticipatable low substratebias protective words:li-ion chip power key battery powerinstruction il 目錄 目錄 摘要i abstractii 目錄iii 第一章緒論。1 第一節(jié)研究背景和意義1 111鋰電池的發(fā)展歷史。2 112鋰電池保護(hù)芯片的介紹3 第二節(jié)本文的主要研究工作和內(nèi)容安

13、排4 第二章鋰電池的原理及特性5 第一節(jié)鋰電池的特點(diǎn)5 第二節(jié)鋰電池的工作原理6 221鋰電池的結(jié)構(gòu)。6 222鋰電池的充放電過(guò)程7 第三節(jié)鋰電池充電方式1l 231恒流恒壓充電法1l 232分級(jí)定電流充電法12 第三章鋰電池保護(hù)芯片的低功耗設(shè)計(jì)14 第一節(jié)低功耗技術(shù)14 311亞閾值技術(shù)14 312襯底驅(qū)動(dòng)技術(shù)16 313浮柵和準(zhǔn)浮柵技術(shù)20 iii 目錄 第二節(jié)低功耗設(shè)計(jì)21 第四章鋰電池保護(hù)芯片的工作原理23 第一節(jié)正常工作狀態(tài)23 第二節(jié)過(guò)充電保護(hù)24 421保護(hù)條件-25 422恢復(fù)條件25 第三節(jié)過(guò)放電保護(hù)25 431保護(hù)條件26 432恢復(fù)條件26 第四節(jié)過(guò)電流保護(hù)27 441保

14、護(hù)條件27 442恢復(fù)條件28 第五節(jié)電量指示28 第五章鋰電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)29 第一節(jié)基準(zhǔn)源模塊30 511基準(zhǔn)源的選擇30 512帶隙基準(zhǔn)技術(shù)3l 513帶隙基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)36 第二節(jié)狀態(tài)檢測(cè)模塊39 第三節(jié)電量檢測(cè)模塊40 531電量檢測(cè)的方法40 532電量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)40 第四節(jié)時(shí)鐘模塊41 541時(shí)鐘電路4l 542延時(shí)電路4l 第五節(jié)邏輯控制模塊44 iv 目錄 六章鋰電池保護(hù)芯片的實(shí)現(xiàn)與仿真45 第一節(jié)系統(tǒng)整體的實(shí)現(xiàn)45 第二節(jié)基準(zhǔn)源的實(shí)現(xiàn)與仿真46 621基準(zhǔn)源的實(shí)現(xiàn)46 622基準(zhǔn)源的仿真48 第三節(jié)狀態(tài)檢測(cè)與電量檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)與仿真50 631狀態(tài)檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)50 632電

15、量檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)5l 633檢測(cè)電路的仿真5l 第四節(jié)時(shí)鐘與邏輯控制的實(shí)現(xiàn)與仿真53 641時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)53 642延時(shí)與邏輯控制電路的實(shí)現(xiàn)54 643時(shí)鐘電路的仿真54 第七章總結(jié)及展望57 參考文獻(xiàn)59 致謝61 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果。62 v 第一章緒論 第一章緒論 當(dāng)今時(shí)代,隨著信息技術(shù)近年來(lái)發(fā)展的突飛猛進(jìn),移動(dòng)通信、手提電腦、 消費(fèi)數(shù)碼產(chǎn)品等已經(jīng)成為全球電子信息產(chǎn)業(yè)中比重最大的三個(gè)行業(yè)。而作為移 動(dòng)電話、筆記本電腦和數(shù)碼電子產(chǎn)品的主要配件的可充電電池,無(wú)疑也是極具 前途的產(chǎn)業(yè)。而目前普遍使用的便攜式可充電電池主要有鎳鎘電池、鎳氫電池、 堿錳電池及鋰電池 包括鋰

16、離子電池和鋰聚合物電池 ,其中鋰電池是最近幾年 才快速發(fā)展起來(lái)的真正無(wú)污染的高性能可充電電池。而充放電保護(hù)芯片作為保 護(hù)鋰電池組的核心部分,是實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能,體現(xiàn)可充電電池性能的關(guān)鍵。 對(duì)于大多數(shù)便攜式充電電池,其相應(yīng)的保護(hù)電路對(duì)其充電過(guò)程進(jìn)行管理。隨著 對(duì)鋰電池使用需求的不斷提高,集成電路產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,這對(duì)于研究如何使 鋰電池保護(hù)芯片使用壽命更長(zhǎng),充電效率更高,保護(hù)芯片更加安全穩(wěn)定,使用 更加方便快捷,都有著十分重要的意義。 第一節(jié)研究背景和意義 電子信息時(shí)代使對(duì)移動(dòng)設(shè)備的電源需求快速增長(zhǎng),手機(jī)、多媒體播放器 pmp 、mp3播放器、數(shù)碼相機(jī)、便攜式視頻游戲機(jī)、個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng) pna 等等

17、, 這些便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品的功能日趨豐富,但電池能量密度的提高速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn) 跟不上復(fù)雜度不斷提高的便攜式設(shè)備的功耗要求。一方面是移動(dòng)娛樂和移動(dòng)通 訊的融合趨勢(shì),例如將帶拍照和攝像功能的手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助t里 pda 、全球定 位系統(tǒng) gps 、mp3以及視頻功能集成到一個(gè)智能手機(jī)中;另一方面是消費(fèi)電子 產(chǎn)品不斷提高的設(shè)備性能,如高容量的存儲(chǔ)能力、高分辨率的顯示能力。這些 都對(duì)電池的性能與管理提出了更高的要求【11。 此外,由于mp3、pda、gps設(shè)備和筆記本電腦大量使用usb接口,兼具 數(shù)據(jù)傳輸和充電的單一miniusb接口成為手機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),這也要求有新 的電池管理芯片。 第一章緒論 11

18、1鋰電池的發(fā)展歷史 目前,廣泛使用的便捷式可充電電池主要有鎳鎘電池、鎳氫電池、堿錳電 池及鋰電池 包括鋰離子電池和鋰聚合物電池 。其中,鎳鎘電池是最基本的 近其極限值。鎳氫電池優(yōu)越于鎳鎘電池,其能量密度約為50-60whkg,較鎳鎘 電池更高,同時(shí)還是一種環(huán)保電池。但是,由于其成本高,目前還不能完全取 代鎳鎘電池。鋰電池是最近幾年才快速發(fā)展起來(lái)的真正無(wú)污染的高性能可充電 電池。它的能量密度高達(dá)140-200whkg,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎳鎘電池及鎳氫電池。 鋰電池最早的開發(fā)使用始于二十世紀(jì)六十年代。根據(jù)元素周期表中對(duì)金屬 活動(dòng)性原理的認(rèn)識(shí),鋰元素在所有金屬中密度最小,電負(fù)性最強(qiáng),因此應(yīng)當(dāng)具 有最高的比能量

19、。不過(guò)由于鋰元素化學(xué)特性比價(jià)活潑,容易發(fā)生反應(yīng),所以其 抗腐蝕性及安全性不能有效地進(jìn)行控制,鋰電池的使用也沒有進(jìn)行廣泛的普及。 日本松下公司在七十年代研制出了li cfx n電池,在一定程度上解決了當(dāng)時(shí)鋰 電池面臨的問題,三洋公司隨后推出的limn02電池在計(jì)算器領(lǐng)域得到使用。 以上提到的鋰電池均為一次性鋰電池,八十年代加拿大公司成功開發(fā)推出的 lis2電池,也是由于不能徹底解決安全使用的隱患而沒有得到普及。最終1990 年sony公司成功研制出的二次鋰離子電池憑借諸多的優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,雖然鋰離子電池的研究技術(shù)發(fā)展很快,不過(guò)目前存在的 一些缺陷依然亟待解決:比如為了保證鋰電

20、池的高比能量,正電極材料在循環(huán) 使用過(guò)程中造成不可逆的電容量損失;負(fù)電極材料除此之外還存在電壓滯后的 問題。對(duì)于正電極材料的改進(jìn)方面,通過(guò)在原有單一結(jié)構(gòu)材料中添加其他元素 組分混合使用是解決該問題的一個(gè)有效途徑,這種方法的使用使得正極材料的 能量密度以每年30-50mahg的速度提高著,并且材料的微觀結(jié)構(gòu)尺度也發(fā)生 著質(zhì)的變化,從過(guò)去的微米級(jí)向著更高的納米級(jí)尺度發(fā)展。負(fù)極材料方面,碳 納米管及c60作為具有特殊的結(jié)構(gòu)的高密度嵌鋰材料,選擇用來(lái)很好的滿足鋰 電池的性能要求,納米的尺度級(jí)別結(jié)構(gòu)使嵌鋰的容量可以得到更大程度的提高, 但其制備方法及堆積工藝在現(xiàn)代技術(shù)條件下還不能完全掌握實(shí)現(xiàn),相信這將會(huì)

21、 是今后電池技術(shù)的重要研究方向。此外,凝膠聚合物鋰電池已具備超薄、便捷、 能量密度高等眾多優(yōu)點(diǎn),固體聚合物電解質(zhì)的技術(shù)研究也取得了發(fā)展,室溫離 子電導(dǎo)率和工藝制備性能有了很大的改進(jìn),鋰電池技術(shù)的全面成熟使固體鋰離 2 第一章緒論 電池因而具有了更高的安全性能保障,在不久的將來(lái),可以預(yù)見到在電動(dòng)汽 發(fā)展上面的應(yīng)用前景將會(huì)十分廣闊,在全球節(jié)能環(huán)保的意識(shí)統(tǒng)一下,如今越 越多的國(guó)家和大型企業(yè)公司都在加強(qiáng)擴(kuò)大這方面的研發(fā)范圍和力度【21。 總之,從鋰電池的發(fā)展歷史上來(lái)看,鋰電池技術(shù)的發(fā)展主要還是得益于化 學(xué)科的成熟,不論其制備工藝還是成品電池的使用都具備巨大的發(fā)展?jié)摿Α?著鋰電池的普及使用,鋰電池保護(hù)芯

22、片作為對(duì)成品電池正常使用和安全管理 重要保障,在當(dāng)前大規(guī)模集成電路技術(shù),cmos電路工藝的支持下也必將會(huì) 未來(lái)的鋰電池發(fā)展中占據(jù)一席之地。鋰電池將在信息技術(shù)時(shí)代下人類未來(lái)的 活中起到越來(lái)越舉足輕重的作用。 112鋰電池保護(hù)芯片的介紹 鋰離子電池經(jīng)過(guò)近多年的發(fā)展,已經(jīng)成為一種相對(duì)成熟的電源技術(shù),由于 它具有體積小、重量輕、高儲(chǔ)能、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),在便攜式電子設(shè)備、電 動(dòng)汽車、空間技術(shù)、國(guó)防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 對(duì)于不同可充電電池,由于其化學(xué)成份不同,電池的充電容量不同、輸出 電壓不同,對(duì)充放電過(guò)程的要求不同,因此需要不同的充放電管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn) 行管理【31。 對(duì)鋰電池而言,過(guò)充電、

23、過(guò)放電和充電不足等引起電池故障及電池包內(nèi)保 護(hù)線路的設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)電池的使用壽命產(chǎn)生明顯的影響。鋰電池對(duì)充電終止電壓 的精度要求很高,誤差不能超過(guò)額定值的1,在過(guò)充電狀態(tài)下,會(huì)引起電解質(zhì) 溶劑分解,從而使得鋰電池內(nèi)部的溫度和壓力升高;在過(guò)放電狀態(tài)下,負(fù)極中 的電極材料可能會(huì)被高溫熔化而造成電池短路,溫度升高的同時(shí)亦會(huì)使電池內(nèi) 的電解液產(chǎn)生化學(xué)變化,導(dǎo)致可循環(huán)充電的次數(shù)會(huì)因此而減少;在外部電路短 路或放電電流過(guò)大時(shí),由于高內(nèi)阻的特性,電池內(nèi)部功率消耗增加,溫度也會(huì) 上升,可能引起電解液的氧化或分解,導(dǎo)致鋰電池壽命縮短。 所以鋰電池的應(yīng)用必須加上保護(hù)芯片,以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)最基本的功能:過(guò) 充電保護(hù)、過(guò)放

24、電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)以及短路保護(hù),除此之外,還要滿足以下 要求: 第一章緒論 1保護(hù)芯片低功耗。鋰電池保護(hù)芯片工作時(shí),除了電池正常給負(fù)載提供能 量,其保護(hù)電路自身的功耗也會(huì)相應(yīng)占用電池的額外電能損耗。因此,要盡可 能降低鋰電池保護(hù)電路的功耗。 2檢測(cè)電壓精確度高。鋰電池保護(hù)芯片對(duì)于電池的不同工作狀態(tài),包括電 池出現(xiàn)異常時(shí)的狀態(tài)做出正確判斷的依據(jù)根本在于對(duì)電池電壓的精確檢測(cè),因 此保護(hù)芯片必須能精準(zhǔn)的檢測(cè)出過(guò)充電、過(guò)放電保護(hù)電壓等參數(shù)。 3高電壓范圍下正常工作。由于鋰電池保護(hù)芯片的供電電壓為電池電壓, 而電池電壓由于在不同的狀態(tài)可能會(huì)引起較大范圍的波動(dòng),因此要求鋰電池保 護(hù)芯片的電路在允許的電壓范

25、圍內(nèi)都能正確地工作【41。 同時(shí)各種鋰電池保護(hù)芯片也在向著安全、快速、高效、智能化的方向發(fā)展。 這就要求在未來(lái)的研究設(shè)計(jì)中,更要以延長(zhǎng)電池的使用壽命,并設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出 高質(zhì)量、高效率、符合使用要求的電池保護(hù)芯片為目標(biāo)。 第二節(jié)本文的主要研究工作和內(nèi)容安排 本文基于以單節(jié)鋰電池低電壓下工作為研究對(duì)象,首先對(duì)鋰電池的原理及 充電特性進(jìn)行介紹,包括鋰電池的化學(xué)原理及充放電過(guò)程的解釋,從而確定本 文的工作方向,提出設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后了解鋰電池保護(hù)芯片的一般工作原理,即 過(guò)充電保護(hù),過(guò)放電保護(hù),過(guò)電流保護(hù)等保護(hù)電路的主要工作狀態(tài)。最終旨在 設(shè)計(jì)一種能夠正常實(shí)現(xiàn)鋰電池充放電保護(hù)功能的芯片,并且?guī)в邢鄳?yīng)的電量指

26、示功能。而作為移動(dòng)設(shè)備的電池管理芯片,低功耗可以說(shuō)是設(shè)計(jì)中最重要的考 慮因素,必須要盡可能降低正常狀態(tài)下電路自身的靜態(tài)功耗,因此文中也著重 介紹當(dāng)前芯片的電路設(shè)計(jì)中一些能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗特性的技術(shù)。最后給出本文設(shè) 計(jì)芯片的各個(gè)模塊的具體電路實(shí)現(xiàn),并利用cadence軟件進(jìn)行仿真,充分驗(yàn)證所 設(shè)計(jì)的電路,以求得到相對(duì)滿意的結(jié)果。 4 第二章鋰電池的原理及特性 第二章鋰電池的原理及特性 第一節(jié)鋰電池的特點(diǎn) 鋰電池作為一種新的電源技術(shù),與傳統(tǒng)電池相比有著諸多優(yōu)勢(shì)【5】: l、放電電壓穩(wěn)定。鋰電池可以提供相對(duì)比較穩(wěn)定的放電電壓,更適合于對(duì) 電源電壓穩(wěn)定性要求較高的電子設(shè)備。例如lis02電池就有著十分平坦

27、的放電 曲線,可以在電池電量完全耗盡前保持對(duì)負(fù)載的輸出電壓接近穩(wěn)壓電源的水平。 這樣便可以通過(guò)較少的電池組串聯(lián)來(lái)得到較高的電壓。 2、比能量高。比能量是電池釋放的能量與自身消耗能量的比值,是描述電 池性能最重要,最直觀的指標(biāo)之一。因?yàn)殇囋赜兄钚〉拿芏群妥畲蟮碾娯?fù) 性,所以消耗相同質(zhì)量的電池材料,鋰電池放出的能量要明顯高于其他同類傳 統(tǒng)電池的值。 3、沒有記憶效應(yīng)。相對(duì)鎘鎳電池和鎳氫電池需要在電量完全耗盡后才能充 電,鋰電池可以隨時(shí)進(jìn)行充電,沒有記憶效應(yīng),可以就使鋰離子電池效能得到 最大限度發(fā)揮。 4、使用年限長(zhǎng)。由于鋰電池負(fù)極材料主要采用碳結(jié)構(gòu),所示在正常的充放 電過(guò)程中負(fù)極不會(huì)反應(yīng)產(chǎn)生金

28、屬鋰,從而有效的避免電池因內(nèi)部金屬鋰引起的 短路而損壞,延長(zhǎng)使用壽命,循環(huán)使用次數(shù)最高可達(dá)5000次以上。 5、工作環(huán)境溫度范圍寬。鋰電池可以在-30+60之間的溫度環(huán)境下仍 然保持良好的充放電性能。 6、自放電率低。自放電率是指電池在閑置時(shí)自動(dòng)放電所造成的電量損失, 即電荷保持率。一般的鋰電池的自放電率約為25,而鎳鎘電池在24一32 之間,鎳氫電池在3137之間。 7、綠色環(huán)保。鋰離子電池不含汞、鎘、鉛等有毒元素,是真正意義上的綠 色環(huán)保電池。 當(dāng)然,目前鋰電池的技術(shù)還不能保證其絕對(duì)的完美,與傳統(tǒng)電池相比某些 方面的劣勢(shì)還在所難免。一是安全保障,如鋰電池出現(xiàn)意外短路甚至爆炸的機(jī) 率遠(yuǎn)高于其

29、它傳統(tǒng)電池,雖然鋰離子電池在這方面的技術(shù)有所改善,但安全系 5 第二章鋰電池的原理及特性 數(shù)相對(duì)仍然較低。二是比功率的問題,鋰電池雖然比能量高,但是承擔(dān)高負(fù)荷 能耗的能力差。三是由于鋰電池電極材料金屬的稀有性以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)工藝而面 臨的產(chǎn)品成本問題。這些都是今后鋰電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展致力解決和改進(jìn)的方 向【61。 第二節(jié)鋰電池的工作原理 鋰電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜材料、端子和外殼組成。其實(shí)質(zhì)是一 種濃差電池,其正負(fù)電極材料由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成,正極為含 鋰化合物,負(fù)極為可填充鋰離子的層狀結(jié)構(gòu),通過(guò)鋰離子在正負(fù)極間的運(yùn)動(dòng)實(shí) 現(xiàn)充放電的過(guò)程【71。 221鋰電池的結(jié)構(gòu) 鋰電池的結(jié)構(gòu)主

30、要由正極材料、負(fù)極材料和電解液三部分組成。對(duì)于不同 的電極材料和電解質(zhì),鋰電池會(huì)有不同的性能特性。 正極材料以鋰金屬氧化物為主,常用的有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳 鈷錳酸鋰、鎳鈷酸鋰等及其混合物。鋰鈷氧化物的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,同時(shí)電化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定,用于鋰離子電池的正極材料,其結(jié)構(gòu)更加有利于鋰離子的嵌入和釋 放,因此具有工作電壓高、放電性能平穩(wěn)、適合大電流工作、循環(huán)特性好等優(yōu) 點(diǎn)。鋰鎳氧化物的自放電率低,沒有環(huán)境污染,同時(shí)對(duì)電解質(zhì)的要求比較低, 工作電壓高,成本低廉。 負(fù)極材料以石墨材料為主,常用的有人造石墨、改性天然石墨等。鋰電池 的是負(fù)極利用石墨的層狀結(jié)構(gòu)間的微孔對(duì)鋰離子進(jìn)行存儲(chǔ),不同的負(fù)極材

31、料影 響著電池的充電終止電壓,如石墨材料的負(fù)電極終止充電電壓約為42v,焦炭 材料的負(fù)電極終止充電電壓約為41v。此外,負(fù)極材料的內(nèi)阻值也會(huì)對(duì)電池的 放電曲線有所影響【81。 電解液材料主要為鋰鹽的有機(jī)溶液,常用的有碳酸丙烯酯 pc 、碳酸已 烯酯 ec 、碳酸二甲酯 dmc 和六氟磷酸鋰配成的溶液等。一般采用混合 有機(jī)電解質(zhì)溶劑來(lái)改善電池性能。 6 第二章鋰電池的原理及特性 222鋰電池的充放電過(guò)程 鋰電池的充放電過(guò)程是通過(guò)鋰離子在正負(fù)電極間的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)鋰電池充電時(shí),正極材料中的鋰原子通過(guò)電離產(chǎn)生鋰離子,鋰離子在外 部能量的驅(qū)動(dòng)下,經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)電極,并在負(fù)電極處與電子復(fù)合成鋰原 子。由于負(fù)電極材料的層狀結(jié)構(gòu),復(fù)合的鋰原子能夠嵌入到負(fù)電極材料的層狀 結(jié)構(gòu)的微孔中進(jìn)行存儲(chǔ),所以負(fù)極材料中嵌入的鋰原子越多

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論