基於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，人們對電腦效能的要求也越來越高。同樣的價格，桌上型電腦的效能要遠遠高於膝上型電腦，相比於膝上型電腦而言，桌上型電腦顯得笨重，攜帶不方便，沒有可移動的電源可以供電。創意改進的想法油然而生，逐漸完善桌上型電腦的效能，如給臺式電腦加裝可迴圈充電的鋰電池。該文主要從臺式電腦電池起保護作用的電子元件和PCB板的系統保護電路來闡述臺式電腦電池的保護控制。
關鍵詞：臺式電腦電池；過充電保護；過電流保護；過溫保護
文章所設計的臺式電腦主機箱，主要是在裡面安裝一塊可迴圈充電的鋰電池。桌上型電腦使用的是交流電，這就需要在鋰電池的電源輸入端安裝一個電源介面卡將交流電轉換為直流電給鋰電池充電，然後在鋰電池的電源輸出端用微控制器裝置控制直流電轉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充電，即使突然斷電後，鋰電池會自動給臺式電腦供電，臺式電腦繼續工作，人們再也不用擔心沒有儲存的檔案會丟掉了以及經濟上的損失等等。
1系統組成
鋰電池充電過程中報警裝置會自動檢測電池是否充滿電，待鋰電池充滿電後，電源就會直接給臺式電腦供電。電源突然斷電後，主控MCU發出訊號，鋰電池透過微控制器模組給臺式電腦繼續供電，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相應的保護功能外，還增加了有獨立保護功能的電子元件，來實現保護功能。
2.1過流保護功能
一般在電池組的負極輸出端串聯自恢復式熱敏電阻PolyswitchLR730，當電流流向負極時，在Polyswitch上產生的溫度為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由之前的低阻狀態變為高阻狀態，將電流限制到足夠小的範圍內，起到過流保護的作用。當過電流問題解除後，熱敏電阻可以自行恢復到初始低阻狀態。
2.2過溫保護功能
由於鋰電池充放電時是發熱的，當負載短路或其它異常放電情況，而保護電路失效，在極短的時間內會產生很大的電流，使得電池內部溫度急劇升高，在極短的時間內引發一系列的劇烈反應，此時是非常危險的危險的，必須切斷電流，在電池組中間串聯一個溫度保護器件，溫度保險絲Thermalfuse顯得尤為重要。將它用導熱膠緊貼在電池表面，感受電池的溫度，當電池組發生異常溫度達到或超過98℃，溫度保險絲立即熔斷，並且不可以恢復，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有關，如過充電，短路，熱衝擊和機械衝擊等對鋰離子電池的安全效能產生影響。鋰離子電池由於其化學效能劇烈，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
文章設計的鋰電池組，在恆壓模式下，一般經過3個小時左右的充電，就會達到充飽狀態。如果這時不切斷充電電源繼續充電，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，就會出現過充現象，導致電池過熱內部由於氣體膨脹出現爆炸等危險。所以，需要有保護功能的電路板，採用專門的電池保護晶片，如MM1414、S-8254、BQ29311、BQ29312等，我們以MITSUMI的`MM1414晶片為例，MM1414晶片可對多達4組電池的電壓進行取樣和監測，PIN15-PIN18為電池電壓取樣的PIN，當取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
當鋰電池的負載出現短路或其他的故障，電池會出現一個很大的電流進行放電，是非常危險的狀態，必須立即斷開放電通路。過流檢測透過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，當電流超過16A，PIN5DCHG將輸出高電平，將放電MOS關閉，停止放電。過流控制的檢測死區的時間，可以透過PIN8COL這個輸入介面，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並聯，分擔流過的電流。由於工作過程中，MOSFET會發熱甚至被擊穿，一般會在電路的輸出端串聯一個139℃溫度保險絲。用導熱膠將溫度保險絲固定在兩對MOSFET的表面，當MOSFET管表面的溫度超過139℃的時候，這時電路一般已經出現了嚴重的故障，電路的保護功能失控，必須立即切斷通路，串聯在電路與負載之間的溫度保險絲熔斷，並且不可恢復，保護了臺式電腦電池的安全。
4結語
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點是體積小、重量輕、能量密度高、自放電率小、安全效能好，不易產生漏液和燃燒爆炸，抗過充性更好。隨著電子技術的發展，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，安全效能越來越高的產品也是臺式電腦電池開發所追求的最終目標。
參考文獻
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