手持机改装锂电池的综合帖.docx

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手持机改装锂电池的综合帖

手持机改装锂电池的综合帖

锂电池与充电电路

锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者．锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于:

手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。

一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池：

锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。

充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。

放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。

所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。

因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。

锂电池具有：

体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。

镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。

镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有1.2V，因而在使用范围上受到限制。

二、锂电池的特点：

1、具有更高的重量能量比、体积能量比；

2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压；

3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；

4、无记忆效应。

锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电；

5、寿命长。

正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次；

6、可以快速充电。

锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时；

7、可以随意并联使用；

8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池；

9、成本高。

与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。

三、锂电池的内部结构：

锂电池通常有两种外型：

圆柱型和长方型。

电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。

正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。

负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。

电池内充有有机电解质溶液。

另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。

单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。

四、锂电池的充放电要求；

1、锂电池的充电：

根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。

其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。

通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。

充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。

常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。

2、锂电池的放电：

因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。

否则，电池寿命就相应缩短。

为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。

放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。

电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。

电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。

锂电池放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍。

（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。

目前市场上所售锂电池组内部均封有配套的充放电保护板。

只要控制好外部的充放电电流即可。

五、锂电池的保护电路：

两节锂电池的充放电保护电路如图一所示。

由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。

为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。

当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。

过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。

过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。

在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。

该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。

六、简易充电电路：

现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。

其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。

有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。

其原理是：

采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。

输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。

R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。

随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。

使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。

本电路的优点是：

制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。

缺点是：

无过放电控制电路。

图三是该充电板的印制板图（从元件面看的透视图）。

七、单节锂电池的应用举例

1、作电池组维修代换品

有许多电池组：

如笔记本电脑上用的那种，经维修发现，此电池组损坏时仅是个别电池有问题。

可以选用合适的单节锂电池进行更换。

2、制作高亮微型电筒

笔者曾用单节3.6V1.6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒，使用方便，小巧美观。

而且由于电池容量大，平均每晚使用半小时，至今已用两个多月仍无需充电。

电路如图四所示。

3、代替3V电源

由于单节锂电池电压为3.6V。

因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池，给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电，不仅重量轻，而且连续使用时间长。

八、锂电池的保存：

锂电池需充足电后保存。

在20℃下可储存半年以上，可见锂电池适宜在低温下保存。

曾有人建议将充电电池放入冰箱冷藏室内保存，的确是个好注意。

九、使用注意事项：

锂电池绝对不可解体、钻孔、穿刺、锯割、加压、加热，否则有可能造成严重后果。

没有充电保护板的锂电池不可短路，不可供小孩玩耍。

不能靠近易燃物品、化学物品。

报废的锂电池要妥善处理。

 采用保护板上的充电保护一定要注意以下两点：

1、保护动作值比较高，单节有的可达4.4V，长时间对电池寿命有影响，也危险。

2、有的保护板不保护过充，只保护过放！

判断方法是，看是否板上有两片反向串联的8角MOS管，有的话就是都保护（保护过充+保护过放），只有一个的话就只保护一个了。

简单可靠的锂电池保护方案

电路很简单，元件很容易廉价获得，适用范围很宽，可以适应2节－4节串连电压，保护电流可以通过元件参数选择，附加电路不消耗电流，保护特性也比较理想，原理如下：

正常没有负载时，三极管得不到偏置而截至，因此场效应管得到栅压并导通，输出端子为全电池电压，同时附加电路不耗电。

正常使用时，场效应管DS压降比较低，一般为0.2V以下，以上状态仍然保持，附加电路仍然不耗电。

当过流甚至短路时，场效应管DS压降升高，达到0.45V或更高时，三极管开始导通，并把栅极电压拉下，正反馈使得场效应管很快截止。

此时若流经外部端子仅有很少的电流（或者哪怕有几M的导通电阻），则三极管就会持续导通、效应管保持截止。

一旦外部负载完全撤掉，则三极管就会恢复正常的截至状态，供电也将恢复正常。

参数的选择：

1、栅极电阻200k。

事实上可以在100k到1M之间都可以。

太小则保护状态有点消耗，太大可靠性降低。

2、基极电阻300k。

类似选取。

3、电容。

这主要是在接通电源瞬间提供大电流通路，以免电容负载不能加载。

时间常数与基极电阻配合，可取1mS－3mS，图上选择0.005uF。

4、三极管。

几乎任何小功率的硅管都可以。

我要用9014。

5、场效应管。

主要是选择低压的管子，导通电阻要合适。

导通电阻＝0.5V/保护电流。

假设保护电流为5A，那么就应该选择导通电阻为0.1欧左右的。

我自己想装一个12Ah的，保护电流25A，那么我就选择0.07欧的IRF540四个并联。

一般来讲，可以选择保护电流＝2C/h。

也就是说，为容量电流的2倍。

例如2Ah的，可选4A保护。

安装时，一般不用接散热片，因为功耗很小。

有人可能会问三极管导通电压不是0.7V吗，为什么你用0.5V？

因为我这里是微小电流使用，导通电压就是0.5V左右。

还有人问充电怎么办？

我是想用另外一根线路，加些二极管。

事实上，每3个电池串连也想加上防互放二极管（肖）。

1个小时前在开会，想到此线路。

下班后纸上画出用数码拍好上图。

没经过验证，等回去试验一下。

补充：

已经试验成功，文字稍有调整，图上电容应取0.005uF。

更新：

增加欠压保护电路

加上了欠压保护的完整电路，经过试验，具有以下功能和特点：

1、欠压过放保护，可调节（若不想可调也可，把可调的换成固定的）。

一旦欠压动作，则需要电压再升高5％才可能恢复。

采用了电池电压检测器S8081，本身耗电不到3微安，场效应管漏极输出，见后附说明。

我用3节锂电，把保护电压调节到3.0V。

2、短路和过流保护，原理见首贴，只不过增加了一个2M电阻，用于电荷泄放，以及一个二极管D（使用普通1N4001就可以），用于提供初始充电通路。

3、耗电很小。

正常电压时，耗电其实就是这个1M的可调电阻，可以选择2M甚至更大就可以减少电流。

即便在1M下，耗电约12微安，仅为600mAh锂电池自放电流的一半以下。

保护电路动作后，电流为35微安左右，也是微不足道的。

4、可以使用容性负载，即可以在短时间内提供较大的电流而不保护。

5、仅仅通过调节1M多圈可调电阻，就可以适应2节、3节、4节锂电池。

对于1节锂电池，本电路也适用，但需要采用低夹断电压的场效应管。

 简单可靠的锂电池充电方案

电路很简单，元件很容易廉价获得，适用范围很宽，可以适应1节－4节串连电压，充电电流可以通过元件参数选择，充电特性也比较理想，原理如下：

由LM317和R1、R2、R3组成一个典型的恒流电路（431暂时认为断开R4比较大可以先不看）。

当电压不太高时保持恒定的充电电流。

以两节电池充电为例，理想状态下，充电电流应该是电压达到8.3V前一直保持恒定。

当A点电压达到拐点值8.3V时，经过R4、R5分压，TL431开始导通，并把LM317的基准点电压从8.3V逐渐拉下。

所谓拐点就是指电流开始下降的那点。

直到电压达到8.4V的0电流点，A点仍然保持这个8.3V电压，LM317的输出Vout下降到8.4V，其调整端下降到7.17V。

电池电压为8.3V时（拐点）各点的电压都标在图上，充电截止（8.4V）的各点电压以括号形式也标在后边。

元件选择

LM317，三端可调串连稳压块，选塑封的，LM317T，常用。

根据电流不同，应选用相应的散热片。

TL431，三端可调并联稳压块，与一个小三极管外形一样，常用。

RL就是外接被充电池。

电流采样电阻R1，计算方法是R1=1.23/充电电流。

例如，若充电电流为0.3A，则电阻应该选择4.1欧。

这个电阻一般要选择功率大一些的，比如1A就应该是2W的。

可调电阻R4可以选择那种篮色的精密多圈，取比额定值大一些的，比如23.2k的就可以选择25K的多圈。

若嫌多圈太贵或难找，也可以用一个固定电阻串连一个普通可调电阻。

例如23.2k的就可以选择22k固定加一个2.2k－3.9k可调节的，以便进行精细调节。

电阻R2的要求不是很高，可以采用串并联的方法得到。

比如8.8欧可以选择10欧并联75欧（或并50欧－91欧）

若电路设计为适应不同的电压，比如可以转换完成2节、3节、4节电池的充电，那就应该分别选择可调电阻，并找一个2刀3掷波段开关，用来切换两个可调电阻。

若要求充电电流也可以变化，自然也可以使用波段开关来转换。

调整时，接上电源（需要高于电池最高电压3.8V或以上，在此例中，为12.2V），不接负载，调整R4使得Vout为8.4V即可。

验证：

用电流表短路Vout到地，应该是额定电流。

这个电路的弱点是：

没有反接保护。

反接后尽管不会马上有什么损害，但电池放电。

另外，若是接入比额定值高的电池（比如2节电池的充电电路接了3节电池），则有少许放电。

刚才试验了一下，为了省事，直接仿照电路图搭焊，也算直观，经过测量，一切均为预期，试验成功。

这个电路的特点是：

简单容易做，充电特性很理想。

试验电路中，我的电阻选择：

R1：

3.9欧，1W

R2：

8.7欧（10欧并68欧）

R3：

100欧

R4：

20k＋5k可调

R5：

10k

实际测量恒流电流为0.32A

旅行充电器有两个致命的问题：

1、电流不可调节、不够大，电压也不可改变。

我买了100多个锂电池，串并联后组成电池组（15000mAh以上），那肯定不行的。

2、过充。

参考我在另外一贴发的：

我也测量了两个手机3.6V锂电充电器，发现特性都不好，都有过充的现象，一个居然是到4.45V突然截止，难怪我的手机的电池已经鼓了。

另一个是充电到4.3V电流都不下降，到了4.8V电流还有50mA。

打开一看，里面就是一个LM324和两只三极管，没发现什么稳压的基准，只看到两个二极管，其中一个正接估计是用这个0.7V的不稳定的随温度变化的正向电压做基准的，稳定程度可想而知！

车充输入电压10V-36V，充电电流0.75A，充满电自动停充。

换一电阻，可改为4.2V（R5换为12K）或者8.4V（R5换为6.8K）充电板，除用于锂电池充电外，也可以用于镍氢电池或镍镉电池的充电，改动方法见图片

3_6V保护板

7.2v保护板

10.8V的电池