基于臺式電腦加裝鋰電池的研究論文

　　摘要：隨著電腦在家庭的普及，人們對電腦性能的要求也越來越高。同樣的價格，臺式機的性能要遠遠高于筆記本電腦，相比于筆記本電腦而言，臺式機顯得笨重，攜帶不方便，沒有可移動的電源可以供電。創(chuàng)意改進的想法油然而生，逐漸完善臺式機的性能，如給臺式電腦加裝可循環(huán)充電的鋰電池。該文主要從臺式電腦電池起保護作用的電子元件和PCB板的系統(tǒng)保護電路來闡述臺式電腦電池的保護控制。

　　關(guān)鍵詞：臺式電腦電池；過充電保護；過電流保護；過溫保護

　　文章所設(shè)計的臺式電腦主機箱，主要是在里面安裝一塊可循環(huán)充電的鋰電池。臺式機使用的是交流電，這就需要在鋰電池的電源輸入端安裝一個電源適配器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電給鋰電池充電，然后在鋰電池的電源輸出端用單片機裝置控制直流電轉(zhuǎn)化成交流電來給電腦進行供電。接上電源，這樣鋰電池就能一直得到持續(xù)充電，即使突然斷電后，鋰電池會自動給臺式電腦供電，臺式電腦繼續(xù)工作，人們再也不用擔(dān)心沒有保存的文件會丟掉了以及經(jīng)濟上的損失等等。

　　1系統(tǒng)組成

　　鋰電池充電過程中報警裝置會自動檢測電池是否充滿電，待鋰電池充滿電后，電源就會直接給臺式電腦供電。電源突然斷電后，主控MCU發(fā)出信號，鋰電池通過單片機模塊給臺式電腦繼續(xù)供電，電腦的顯示屏上會顯示鋰電池的電量使用情況。

　　2臺式電腦鋰電池組的保護功能元件

　　在臺式電腦的電池中，除了用有保護功能的電路板實現(xiàn)相應(yīng)的保護功能外，還增加了有獨立保護功能的電子元件，來實現(xiàn)保護功能。

　　2.1過流保護功能

　　一般在電池組的負(fù)極輸出端串聯(lián)自恢復(fù)式熱敏電阻PolyswitchLR730，當(dāng)電流流向負(fù)極時，在Polyswitch上產(chǎn)生的溫度為40℃，電流超過13A或是常溫下超過16A，這個PTC元件就會在幾秒鐘內(nèi)由之前的低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，將電流限制到足夠小的范圍內(nèi)，起到過流保護的作用。當(dāng)過電流問題解除后，熱敏電阻可以自行恢復(fù)到初始低阻狀態(tài)。

　　2.2過溫保護功能

　　由于鋰電池充放電時是發(fā)熱的，當(dāng)負(fù)載短路或其它異常放電情況，而保護電路失效，在極短的時間內(nèi)會產(chǎn)生很大的電流，使得電池內(nèi)部溫度急劇升高，在極短的時間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反應(yīng)，此時是非常危險的危險的，必須切斷電流，在電池組中間串聯(lián)一個溫度保護器件，溫度保險絲Thermalfuse顯得尤為重要。將它用導(dǎo)熱膠緊貼在電池表面，感受電池的溫度，當(dāng)電池組發(fā)生異常溫度達到或超過98℃，溫度保險絲立即熔斷，并且不可以恢復(fù)，從而起到保護作用。

　　3臺式電腦電池的保護電路

　　鋰離子電池的安全性問題不僅與電池的材料本身性質(zhì)有關(guān)，如過充電，短路，熱沖擊和機械沖擊等對鋰離子電池的安全性能產(chǎn)生影響。鋰離子電池由于其化學(xué)性能劇烈，在加工電池組時，會用一個比較完備的保護電路對其充電，放電過程予以保護。

　　3.1電路中的過充保護

　　文章設(shè)計的鋰電池組，在恒壓模式下，一般經(jīng)過3個小時左右的充電，就會達到充飽狀態(tài)。如果這時不切斷充電電源繼續(xù)充電，電池的電壓會隨著不斷流入的充電電流而升高，雖然這時候的充電電流很小，但如果不切斷充電電路，就會出現(xiàn)過充現(xiàn)象，導(dǎo)致電池過熱內(nèi)部由于氣體膨脹出現(xiàn)爆炸等危險。所以，需要有保護功能的電路板，采用專門的電池保護芯片，如MM1414、S-8254、BQ29311、BQ29312等，我們以MITSUMI的MM1414芯片為例，MM1414芯片可對多達4組電池的電壓進行采樣和監(jiān)測，PIN15-PIN18為電池電壓采樣的PIN，當(dāng)采樣到的單租電壓超過4.35±0.25V，即整個電池組的電壓超過12.7V時，MM1414PIN10V就會因過壓由高電位轉(zhuǎn)換為低電位，從而起到了過充保護功能。

　　3.2電路中的過流保護

　　當(dāng)鋰電池的負(fù)載出現(xiàn)短路或其他的故障，電池會出現(xiàn)一個很大的電流進行放電，是非常危險的狀態(tài)，必須立即斷開放電通路。過流檢測通過MM1414PIN3CS接到放電MOS與充電MOS中間的一個取樣電阻上，來檢測放電MOS源極和漏極的壓降，當(dāng)電流超過16A，PIN5DCHG將輸出高電平，將放電MOS關(guān)閉，停止放電。過流控制的檢測死區(qū)的時間，可以通過PIN8COL這個輸入接口，對地接一個電容來進行控制。

　　3.3MOSFET管過溫保護

　　電池工作的時候，電流會流過電路中的兩組MOSFET管，一般電路會接有四個MOSFET，每對MOSFET并聯(lián)，分擔(dān)流過的電流。由于工作過程中，MOSFET會發(fā)熱甚至被擊穿，一般會在電路的輸出端串聯(lián)一個139℃溫度保險絲。用導(dǎo)熱膠將溫度保險絲固定在兩對MOSFET的表面，當(dāng)MOSFET管表面的溫度超過139℃的時候，這時電路一般已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障，電路的保護功能失控，必須立即切斷通路，串聯(lián)在電路與負(fù)載之間的溫度保險絲熔斷，并且不可恢復(fù)，保護了臺式電腦電池的安全。

　　4結(jié)語

　　文章介紹了臺式電腦安裝鋰電池的新思路，鋰聚合物電池主要優(yōu)點是體積小、重量輕、能量密度高、自放電率小、安全性能好，不易產(chǎn)生漏液和燃燒爆炸，抗過充性更好。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，臺式電腦電池的保護功能也逐漸升級，為消費者提供的功能越來越強，安全性能越來越高的產(chǎn)品也是臺式電腦電池開發(fā)所追求的最終目標(biāo)。

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