淺談穿戴產品的動力--鋰電池

　　電池作為穿戴產品的動力來源，其選型及充放電電路設計滿足可生產性、EMC、EMI等認證的技術規范要求，并且還需要工藝、技術、質量、成本優勢，這使得鋰電池選擇顯得很有意義。現在可穿戴產品使用的電池通常為鋰電池，這次以該類型的電池為主角進行說明。

　　鋰離子(Li-ion)聚合物電池，供電電壓約3.7V，以含鋰氧化物作正極，以層狀碳嵌鋰取代傳統鋰原電池的金屬鋰作負極。他具有不可替代的優勢應用在可穿戴產品中，首先，輸出電壓3V ~ 4.2V;其次，它的工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，充電溫度范圍0℃～50℃;再次是使用壽命長，循環壽命長一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，而且，磷酸鐵鋰的可以達到2000次以上;還有其存儲期間自放電率低，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后自放電率為5-10%左右，并且沒有電池記憶效應(這在十幾年前手機鋰電池需要三充三放并且充滿的情形形成了鮮明的對比，讓我們感慨科技發展的同時也不小心透漏了我的年齡);最后，鋰電池不存在對環境有害的物質而成為綠色電池的美譽，并且也可做成各種形狀，這在很大程度上在某些方面支持了當今社會消費類電子產品的發展(擺脫了電池形狀的限制)。

　　任何事物都有兩面性，這么優秀的鋰電池也不例外，它具有一些弱點，例如與普通電池的相容性差，與普通的干電池替換不方便，其次鋰聚合物電池多次充放電會有膨脹，結構設計時需預留給電池一定的膨脹空間，相信給手機充爆電池的朋友深有體會。還有一個最重要的方面就是使用鋰電池時，必須有特殊的保護電路，以防止過充、過放、過流。

　　相比于其他類型的充電電池，現在將鋰電池與其做各方面的對比：

　　鋰聚合物電池除了增加防止過充、過放、過載的保護電路外，內部還增加排氣孔，在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點的線或孔，當電芯短路時，電池內部短時間內將產生大量氣體并迅速增大壓強，當壓力過載時，因排氣孔薄于殼體其余地方，氣體便從排氣孔處泄氣，避免電池內部壓強過大，從而達到避免電芯整體爆炸的危險。

　　鋰聚合物電池內部的隔膜，有較高的抗穿刺強度，防止內部短路;隔膜在電池內部溫度過高時還能融化，以防止電池爆炸。當電池內部溫度達到130℃以上時，隔膜的網狀孔將閉合，阻止鋰離子通過，升高內阻(至2kΩ)，以達到阻止電芯內部溫度繼續升高的作用，從而保護電芯。排氣孔、隔膜一旦激活，將使電池永久失效。

　　一般情況下，供應商提供的鋰電池都具有電池保護電路，該電路可以完成對鋰電池的過充、過放和過載等方面的保護。如下圖所示：

　　上圖是很經典的鋰電池保護電路，該電路可以完成鋰電池的過充、過放和過載的保護，幾個關鍵的管腳DO、CO和VM通過在不同的情形下產生不同的電平控制雙N溝道MOS管的導通與否，而產生相應的變化，使得保護得到進行。現在有鋰電池保護芯片將二者做在一起形成一個集成的IC。

　　另一方面，在對鋰電池進行充電部分，現在經常采用集成IC進行設計，比如BQ2057、BQ24025等。典型應用電路如下：

　　該芯片采用不同的外圍電路實現不同的充電效果，如何選擇，需要依據實際情況而定。作為EE一定要恪守適合是最好的設計，不可為了彰顯自己的水平而采用不適合的電路設計，這些方面相信企業的老板更喜歡適合的選擇，這畢竟關系到公司利潤。

　　該芯片支持USB和外部adapter兩種工作模式，如果將接口變為統一的USB接口并設計區分電路，那么就可以用一個接口完成兩種模式下的充電管理，比如采用MOSFET或者電子開關。

　　更多的充電管理芯片請查閱相關芯片網站和設計應用。

　　可穿戴產品要通過一些認證，這兩部分是必不可少的，做好這兩部分是首要工作，如果缺少其中一項，就會產生讓人后悔的結果。這一般情況下不會出現在消費類電子產品的正規產品中，對于DIY用戶，這兩點要特別注意，不可為了節約一點點費用而后悔莫及。