符合jeita 規範的鋰離子電池充電器解決方案
錢金榮 (jinrong qian)，
德州儀器 (ti) 高階可攜式產品電池充電管理部門經理 引言
在高溫下過充電時，鋰離子 (li-ion) 電池往往會變得很危險。對這些電池安全充電，已經成為電池供電的可攜式裝置中最重要的設計規範之一。在建立工業標準方面已經取得了一些進展，例如：旨在提高電池充電安全性的日本電子資訊科技產業協會 j(eita) 標準。本文將介紹膝上型電腦和單電池手持應用中，滿足這些要求的一些安全規定和電池充電器解決方案。
電池充電器安全與jeita 規範
鋰離子電池廣泛應用於消費類電子產品中，從手機到膝上型電腦不一而足。在眾多可充電電池中，它擁有最高的容量和重量能量密度，並且沒有記憶效應。它們還具有10 倍於鎳氫 (nimh) 電池的自放電率，可以提供系統要求的恆定電能；但是，它們安全嗎？
業界的所有人都親眼目睹過膝上型電腦**的場景，也聽到過由於存在電池安全問題出現的大規模、史無前例的鋰離子電池召回事件。這些電池**或火災均起因於製造工藝。電池包含數種金屬成份，它們有時會導致電池內部出現不需要的金屬雜質。這些雜質一般為鋒利的金屬碎片，它們產生自電池外殼或電極材料。如果這些碎片處於電池電極和隔離層之間，則負極迴圈的電池會最終使這些碎片刺穿隔離層。這樣會導致在正負電極之間形成微短路，從而產生高熱量，最終導致出現**和/或**。
高溫、**和**都是散熱失控（一種電池進入失控反應的狀態）的結果。在散熱失控過程中，帶有licoo
2（陰極物質和石墨以及陽極物質）的電池內部溫度高達約175°c。這是一種可引**災的不可逆、高度放熱的反應，一般出現在對電池充電時。
圖1顯示了常常用於老舊鋰離子電池充電系統的充電電流和充電電壓過溫，這些系統很容易會出現散熱失控。在0 到45°c 電池溫度下，電池充電電流和充電電壓均為恆定。較高的電池溫度不僅僅會加速電池老化，而且會增加電池故障的風險。
圖1老式鋰離子電池充電系統的上限充電電流和充電電壓
為了提高鋰離子電池充電的安全性，jeita 和日本電池協會在2007 年4 月20 日頒布了新的安全規範。他們的規範強調了在某些低高溫範圍內避免使用高充電電流和高充電電壓的重要性。jeita 認為，鋰離子電池問題均出現在高充電電壓和高電池溫度下。圖2 顯示了膝上型電腦應用中所使用電池的電池溫度下，充電電流和充電電壓的jeita 規範。這些電池都具有licoo
2，其形式為陰極活性物質和石墨以及陽極活性物質。
圖2膝上型電腦應用的鋰離子電池充電jeita規範
在標準充電溫度範圍（t2 到t3）內，我們可在電池製造廠商建議的上限充電電壓和上限充電電流最佳狀態下對鋰離子電池充電，以獲得電池充電安全性。
低溫充電
如果充電期間電池的表面溫度低於t2，則鋰離子會每個獲得乙個電子，然後變成金屬鋰。該金屬鋰可能會堆積在正極，因為低溫下傳輸速率下降，而鋰離子進入負電極碳的穿透速度減慢。這種金屬鋰可輕易地與電解質反應，造成鋰離子的永久性丟失，從而使電池更快老化。另外，金屬鋰和電解質之間的化學反應會產生大量熱量，從而產生散熱失控。因此，在低電池溫度下，充電電流和充電電壓均被降低。如果溫度進一步降低至t1（例如：0°c），則系統不應再允許充電。
高溫充電
如果充電期間電池表面溫度公升至t3 以上（例如：45°c），則陰極材
料licoo2 開始變得更加活躍，會在電池電壓公升高時與電解質產生化學反應。如果電池溫度進一步公升高至t4，則系統應禁止進行充電。如果電池溫度達到4.3v 電池電壓下的175°c，則可能會出現散熱失控，而且電池可能會**。
類似地，圖3 顯示了單節電池手持應用中鋰離子電池充電的jeita 規範，其充電電流和充電電壓也為電池溫度的函式。4.25v 最大充電電壓包括了電池充電器的全部容限。我們可在高
達60°c 的溫度下，使用低充電電壓對該電池充電，旨在確保安全性。
圖3單電池手持應用的鋰離子電池充電jeita規範
符合jeita 規範的電池充電器解決方案
智慧型電池組包括了乙個電量計、模擬前端和二級保護電路，常常用於膝上型電腦應用中。電量計通過smbus 向系統提供電池的電池電壓、充電和放電電流、電池溫度、剩餘電量以及可執行時間資訊，旨在優化系統效能。ti 最近開發的bq20z45 和bq20z40 電量計使用了阻抗追蹤™ 技術，包括一系列快閃儲存器常量，用於基於jeita 規範對電池充電電流和充電電壓進行靈活的程式設計設定。溫度閾值可使用者程式設計，擁有滿足不同應用的各種規範的靈活性。這種電量計將充電電流和電壓資訊傳輸給智慧型電池充電器或者鍵盤控制器，以定期設定正確的充電電流和
電壓。smbus 控制型電池充電器（例如：ti bq24745 等）可用作從器件，利用bq20z40 或bq20z45 電量計從智慧型電池組獲取充電電壓和電流資訊。
圖4 顯示了智慧型電池充電器的示意圖，其具有乙個符合膝上型電腦應用jeita 規範的智慧型電池組。這種具有同步開關降壓轉換器的smbus 控制電池充電器，可以支援一到四節電池和高達8a 充電電流的鋰離子電池。動態電源管理功能允許在不增加介面卡額定功率的情況下，對電池充電的同時為系統供電。
圖4具有電量計bq20z40 和bq20z45 的智慧型電池充電器bq24745
單電池型可攜式裝置的電池組一般具有電池和安全保護電路，但卻使用充電器而非電量計
來監測電池溫度，並對充電電壓和電流進行調節。ti 的bq24050 單節線性電池充電器專為滿足
手持裝置的jeita 規範而設計。電池溫度位於0°c 和10°c 之間時，它可降低充電電流1/2，同時在電池溫度為45°c 和60°c 之間時把充電電壓降至4.06v。圖5 顯示了bq24050 線性充電器的典型應用電路。這種充電器通過熱敏電阻 (ts) 引腳對電池溫度進行監控，並在監控溫度達到閾值時調節充電電流和電壓。
圖5具有jeita 規範線性電池充電器的典型單電池應用
結論 鋰離子電池安全充電至關重要，其已經成為充電器設計的關鍵規範之一。按照 jeita 建議，降低低溫和高溫下的充電電流和電壓可以極大地提高電池充電的安全性。我們同時介紹了符合 jeita 標準的開關模式和線性電池充電器解決方案。
相關**
用 bq24050、bq24745 或 bq24747 代替
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