精英電腦集團ECS-VQA 系列教材書之一：筆記本型電腦鋰電池之設計與製造工藝撰寫審核版本日期 袁何明002007-08-06前言隨著科學技術的突飛猛進，越來越多實用科技日益走近我們的生活和工作，例如手機，電腦及其它消費類電子，這些電子產品的外觀設計越來越新穎和別致，但是價格是越來越便宜。所有這些電子產品，無一例外都有使用電池作爲電子產品的電源。爲了大家能對這幾類電子產品的電源有所了解，我們今天編制了這本筆記本型電腦鋰電池的設計與製造工藝，希望這本書能給大家一些學習上的幫助。作爲一本是實用性很強的專業提高類書籍，筆者對於書中的内容進行了反復的推敲和精選，但是限於筆者的水平與經驗的有限，書中不妥之處在所難免，承望廣大讀者批評指正。 編者 Aiwens.yuan 2007年8月于蘇州工業園區精英電腦目錄第一章：筆記本電池的概述与發展第二章：.筆記本電池的設計第三章：筆記本電池的製造与測試第四章：筆記本電池進料之檢驗第一章 筆記本電池的概述与發展1.電池結構概述: 如果將一個電池pack拆開，分析結構，可分為幾大部分，外殼(機構部分CASE)、PCM(電路控制部份)、電池芯(CELL)，及一些如膠帶等的消耗材和加工. 外殼部分: 有公模廠，專門開各式電池的外殼，供應給各生產電池pack的工廠，因為各種型式的使用裝置，如手機、相位相機、PDA等等的電池形號實在太多了，每一家pack廠要自己開全部的模具，這是不可能的，所以差不多每個pack廠用的外殼，都由公模廠提供，公模廠開模、射出，供應各pack廠使用，量大使成本降低. PCM:從專業 PCB廠商處,購出光板,BAT廠商內部再自己通過SMT打上板載功能零件過程完成,或外包其他SMT工廠完成. 電池芯: 電池能量儲存,供應來源處,目前筆記本電池芯一般使用鋰作為原料,其生產商都为國際大廠,如:PANASONIC、SANYO、TOSHIBA,SUMSUNG, LG等原廠的CELL(電池芯). 2.筆記本電池種類与發展: 過去到現在我们使用的电池主要有3种類型: 2.1镍铬电池 电压：1.2V 使用寿命为：500次 放电温度为：-20度60度 充电温度为：0度45度 (备注：耐过充能力较强)。 2.2镍氢电池、电压：1.2V 使用寿命为：1000次 放电温度为：-10度45度 充电温度为：10度45度 (备注：目前最高容量是2100mAh左右) 2.3锂电池； 电压：3.7V 使用寿命为：500次 放电温度为：-20度60度 充电温度为：0度45度 (备注：锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定)。 它们一般表示为：镍镉NI-CD、镍氢NI-MH、锂电LI,最近几年，在笔记本领域还出现了一种燃料电池，它的副产品只有水和热量，无噪音，基本无污染，效率比起一般的发电系统高的多，达到4358，如果把反应产生的热量也利用上，效率可以高达80！是一种清洁环保的电源。3.不同筆記本電池原料特性:镍镉NI-CD电池由于年代过于早，因此有了很多令人头疼的缺点，如：体积大、份量重、容量小、寿命短、有记忆效应等（一无是处），现在已经不再使用。现在的电池主要还是NI-MH镍氢和LI锂电两种。而其中镍氢电池也在电池业活跃一时，相对于其他电池，镍氢电池要更环保一些，它也是目前为止最环保的电池了，而锂电池，具有体积小、重量轻、容量大、记忆效应低、充电时间短等优点，颇受用户喜爱，但是你常常会在电池的背面看到妥善抛弃和处理锂电池的指示,因为锂电池的随意抛弃将造成环境污染。 可能现在有人对锂电池有所误区，说锂电池没有记忆，其实锂电不是没有记忆，只是记忆比较小而已，看起来不是很明显。而且锂电池也分锂电和锂离子电池2种。锂电很早以前就有了，它使用时不太安全，经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况，这也许是因为锂元素太活跃的缘故。后来就有了改进型的锂离子电池，加入了能抑制锂元素活跃的成份，从而使锂电真正达到了安全、高效、方便，而老的锂电也随之淘汰了。至于如何区分它们，从电池的标识上就能识别，锂电为LI、锂离子电池为LI-ION。锂电和镍氢电池的另一个区别就是充电次数，一般锂电的充电次数为只有400600次，经过特殊改进的产品也不过800多次，一般使用2年左右就报废了，这就是为什么一般笔记本厂商只对电池采取1年包修的原因。而相对于锂电池，镍氢电池的充电次数就要多的多了，一般为700次以上，质量好的电池可以充放电1200次，镍氢电池的寿命要比锂电池長了。 4. 筆記本電池原料產地:说完了电池的材料，我们在来看看电池的产地，一般电池电芯的产地为日本、韩国、中国大陆和台湾等，尤其以日本居多。其中比较有名的是日本的Sanyo(三洋)、韩国的LG、三星等。 电池由电芯组成，一般人们所说的4Cell、6Cell就是指电池内电芯的数量，这种电芯在市场上很容易买到，价格一般为10-20元不等，韩国、中国大陆和台湾省多以来料加工为主，生产的电池也都是日本芯。在新一代电池电芯中，有一些已经不用这种园形的电芯而是采用的是块状的锂聚合物，用在一些为了得到更大的电量和更小的体积。第二章 筆記本電池的設計1.筆記本電池的電路如下為一般筆記本鋰電池通用電路形式,下面紅色所標示區域,為筆記本鋰電池主要功能部件,控制中心都为IC,紅色區域”1”一般為偵測IC如:BQ20Z60,BQ20Z70,BQ20Z85等, 紅色區域”2”一般為保護IC,如S-8254;另外此電路設計一般還設計有EPPROM資料貯存之IC,主要對偵測,保護等信息做精確計算與統計.21以下將對, 紅色區域1,2及電路中其他重要零組件做詳細介紹:偵測ICu 能够精确的侦测 1.充放电的状态 2.电池的温度 3.电池的电压 4.电池的容量 5.电池的电流 6.预计的充电时间和放电的时间u 能够将电池的信息、状态传输给笔记本电脑u 能够进行一阶保护 1. 温度保护 2. 电压保护 （过电压，欠电压）保护 IC- S-8254功能：u 能够进行二阶保护 1. 电压保护（过电压，欠电压） 2. 过电流保护EEPROM- 24LC02功能：u 资料，参数存储热敏电阻 （Thermistor）功能随温度可变化电阻值的电阻一般分为：正热敏电阻 和 负热敏电阻 例如：UN255使用的是负热敏电阻，在25时候的阻值是10k，当温度升高 时候它的阻值会减小，当温度降低的时候它的阻值会变大。這些設計及零組件主要表現為PCB形式來產生作用,這是BAT非常重要之部分 下圖:2.以上說明了筆記本鋰電池的電路設計,下面主要說明筆記本另一重要部件,-電池能量貯存與來源地,電池芯(CELL)墊片PTC裝置隔離板正極板負極板安全氣閘正極端子防爆膜 CELL的原料為鋰,锂是一种金属元素，其化学符号为Li(其英文名为lithium)，是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。大家都知道当锂电池过度充电、过度放电或充、放电电流过大时，对电池的寿命和容量都有极大的损害，甚至会引起电池变形或爆炸，因此一般在锂电池内部都设置了电子电路来保护电芯。当电池过度充电、过度放电、电流过大时，均会切断与外部的连接, 为提高充电效率，锂电池先是以大电流恒流充电到电量的90%，电池电压为4.2V，这大约需要将近2小时；然后再以恒压小电流充电，直到充满电后电池内部保护电路动作为止，这大约需要半小时，考虑到电池、充电器各产品的个体差异，锂电池以充电34个小时为宜。鋰CELL的電壓值一般為3.0V-4.2V所以,我們可以用测量电压的方法估算电池剩余容量：4.20V-100% 3.95V-75% 3.85V-50% 3.73V-25% 3.50V-5% 2.75V-0% 3.CELL介紹完畢後,我們來看CELL與PCM(控制電路)是如何搭配工作: 控製電路,電壓都有了,現在電池功能齊全,主要功能實現之設計原理:3.1过充电保护：不同IC，同IC的不同型号的过充电保护电压是不同的，有4.25V也有4.35V的，这个都需要根据使用的实际情况选择。SC451的过充保护电压在4.284.38之间，典型值为4.34V，也就是说当电池电压上升到4.34V时，切断供电回路，停止充电，显然比4.2V要高出不少，但在充电过程中，为了防止脉冲电压的干扰引起保护线路保护动作，保护IC的过保护电压取值都会稍微高些，另外还是为了防止这个脉冲引起保护IC误动作，通常过充保护都需要一定的延时时间。锂电池过充保护后，解除过充保护状态有两种方法，可以取下充电器，去连接负载或者令其自放电当锂电池的电压降至4.15V时，解除过充保护状态。3.2 过放电保护：电池电压降至2.4V时，进入过放电保护状态，切断供电回路，锂电池停止对外供电，并将电池保持在低静态电流的状态,此时耗电为0.3uA（不同IC此值不同）。同样，为了防止误动作，过放电保护也需要一定的延时时间。当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于过放电电压时, 可解除过放电保护功能。3.3过电流/短路保护：在正常工作模式下，如果保护IC检测到放电电流过大，即激活过电流保护功能，切断供电回路，过电流保护的电流门槛值由保护IC和MOS的Rds(on)共同决定。其计算公式为：最大过放电电流保护IC过电流检测电压/Rds（on）*2。不同保护IC的过电流检测电压不同，常用为0.15V或0.3V。同样，过电流保护也要有一定的延时时间。若由于外部负载引起保护，将外部负载移除即可从保护状态恢复。4. 电池保护的重要性:4.1 过度充电: 当锂电池发生过度充电时,电池内电解质会被分解,使得温度上升并产生气体,使得压力上升而可能引起自燃或爆裂的危机,锂电池保护IC用意就是要防止过充电的情形发生。 4.2 过度放电: 在过度放电的情形下,电解液因分解而导致电池特性劣化,并造成充电次数的降低,锂电池保护IC用以保护其