为便携设备选择电源系统分析

为便携设备选择电源系统

对便携式设备的生产商来说，给手持设备选择合适的电池组是很困难的。因为电池的选择会对设备的功能、型号、成本造成很大的影响。设计者面对着很多选择，从简单的铅酸电池组到复杂的集成了电子安全、监视和充电控制电路的锂离子电池。

NiMH电池

这种电池的容量是同体积NiCd电池的两倍，而重量更轻、更环保，且不需要电子安全设备。NiMH电池正在很多应用中替代铅酸电池成为锂离子电池和铅酸电池的过渡品，而NiCd电池则专注于高速应用。

一般来说，在不使用的时候，这些电池在一年中至少要重新充一次电。并且，NiMH电池还要承受电压下降导致的记忆效应。

锂离子电池

相对于NiMH电池，锂离子电池能提供1.5～2倍的电能容量，没有记忆效应，自放电率只是镍基电池的1/3。然而，锂离子电池需要保护电路来限制电压和电流。

直到最近，锂离子电池还不适合电动工具和其他需要高放电率的设备。但是，有几个电池制造商已经开始制造具有高放电率的锂离子电池。如使用纳米技术，美国的A123系统公司就开发了一种具有5倍电流增益、10倍寿命，并能在5分钟之内充满90％电池电量的锂离子电池。这种电池是一个非常稳定的电化学系统，能承受过充电或过放电而不发生热崩溃，可作为传统锂化学电池安全耐用的替代品。

锂聚合物电池

锂聚合物电池比同重量的锂离子电池有更高的能量密度，在任何占板面积下，锂聚合物电池都能在过压和高温条件下给设计者提供很高的安全系数。

锂离子电池电解液的沸点通常都很低，导致金属外壳会在高温条件下膨胀。比较起来，锂聚合物电池的电解液就是一种凝胶体或沸点很高的固体，在高温情况下就不易发生膨胀。

锂离子电池对不当使用的承受能力要小于其他化学电池。此外，锂离子电池必须满足一些规定，比如电池如果包含超过8g的锂就必须当作9级危险材料来运输。

NiCd电池

NiCd电池比NiMH电池要便宜，是便携式应用的高性价比选择。其另一个吸引人的地方就是长生命周期和高放电率。

NiCd电池的化学性质中有几个缺点，最为重要的是Cd的毒性和比较低的能量密度。此外，如果NiCd电池重复地充放电，它的电压和容量就会有明显的变化。

密闭铅酸电池（ SLA）

密封铅酸电池易于维护，自放电率低，价格也比可充电化学电池低。主要的缺点是能量密度低，因而变得非常笨重。

纯铅锡SLA非常适合小型摩托车、轮椅等户外应用和其他需要宽温度范围的场合，而铅钙电池通常应用在待机电源系统或其他低成本电源中。

主要的电池

便宜和可随意使用性使得碱性电池能被广泛地应用。它有适中的漏电率，五年或更长的外壳寿命。但另一方面，其能量密度远小于锂电池，电解液也会在-20℃左右冻结。

锂硫化物电池是传统碱性电池的高端替代品，非常适合于用来平缓大脉冲电流，外壳寿命可达15年，能够在-40～+60℃的温度范围内工作。锂二氧化锰电池具有较高的能量密度、可靠性和较长的外壳寿命。相对与锂二氧化硫电池，它具有不易挥发和成本低等特点，可在性能和安全性之间提供一种良好的平衡。锂二氧化硫电池在低温度下具有高速率和良好的性能。这些特点使其成为军用设备的通用之选，比如便携式电台、夜视仪器和紧急定位浮标。

锂亚硫酰氯电池具有锂离子电池中最高的能量密度，可使用15～20年，适用于具有低持续电流和需要缓和脉冲电流的应用中。

图 几种主要电池和可充电电池的能量密度

安全性

一个劣质的电池不能因为简单地增加保护电路而变得安全，它很容易就会产生热崩溃，摔在地板上或暴露在高温下就会产生爆炸。但另一方面，如果没有合适的装置来及时地阻止过放电或充电、大的浪涌电流或电路短路，高能量密度电池也会处于不安全的状况。

当保护电路因多种原因变得不太可靠的时候，电池组将需要一个后备安全系统，或至少一个专门的热保护电路或器件。这样，如果温度升高到危险级别，热熔丝或电子控制装置将会关断电池。

最理想的电池组应该具有容量、充电状态相近的电池，并能够通过电子元件在电池之间调节电量以达到平衡。

制造一个电池组需要很多设计和制造经验，以及对电池组元件组分的深入认识。一些OEM自己具备生产的能力，而另一些则将其交给专门的公司来生产。不管怎样，大家的目标都是相同的，即生产最小、最轻、最具性价比的电池组，以安全和高效地满足手持设备对电量传递的需要。

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