基于台式电脑加装锂电池的研究

杨冬冬+刘浩天+周英杰+陈耀祖+邓辉

摘 要：随着电脑在家庭的普及，人们对电脑性能的要求也越来越高。同样的价格，台式机的性能要远远高于笔记本电脑，相比于笔记本电脑而言，台式机显得笨重，携带不方便，没有可移动的电源可以供电。创意改进的想法油然而生，逐渐完善台式机的性能，如给台式电脑加装可循环充电的锂电池。该文主要从台式电脑电池起保护作用的电子元件和PCB板的系统保护电路来阐述台式电脑电池的保护控制。

关键词：台式电脑电池；过充电保护；过电流保护；过温保护

文章所设计的台式电脑主机箱，主要是在里面安装一块可循环充电的锂电池。台式机使用的是交流电，这就需要在锂电池的电源输入端安装一个电源适配器将交流电转换为直流电给锂电池充电，然后在锂电池的电源输出端用单片机装置控制直流电转化成交流电来给电脑进行供电。接上电源，这样锂电池就能一直得到持续充电，即使突然断电后，锂电池会自动给台式电脑供电，台式电脑继续工作，人们再也不用担心没有保存的文件会丢掉了以及经济上的损失等等。

1 系统组成

锂电池充电过程中报警装置会自动检测电池是否充满电，待锂电池充满电后，电源就会直接给台式电脑供电。电源突然断电后，主控MCU发出信号，锂电池通过单片机模块给台式电脑继续供电，电脑的显示屏上会显示锂电池的电量使用情况。

2 台式电脑锂电池组的保护功能元件

在台式电脑的电池中，除了用有保护功能的电路板实现相应的保护功能外，还增加了有独立保护功能的电子元件，来实现保护功能。

2.1 过流保护功能

一般在电池组的负极输出端串联自恢复式热敏电阻Polyswitch LR730，当电流流向负极时，在Polyswitch上产生的温度为40℃，电流超过13A或是常温下超过16A，这个PTC元件就会在几秒钟内由之前的低阻状态变为高阻状态，将电流限制到足够小的范围内，起到过流保护的作用。当过电流问题解除后，热敏电阻可以自行恢复到初始低阻状态。

2.2 过温保护功能

由于锂电池充放电时是发热的，当负载短路或其它异常放电情况，而保护电路失效，在极短的时间内会产生很大的电流，使得电池内部温度急剧升高，在极短的时间内引发一系列的剧烈反应，此时是非常危险的危险的，必须切断电流，在电池组中间串联一个温度保护器件，温度保险丝Thermal fuse显得尤为重要。将它用导热胶紧贴在电池表面，感受电池的温度，当电池组发生异常温度达到或超过98℃，温度保险丝立即熔断，并且不可以恢复，从而起到保护作用。

3 台式电脑电池的保护电路

锂离子电池的安全性问题不仅与电池的材料本身性质有关，如过充电，短路，热冲击和机械冲击等对锂离子电池的安全性能产生影响。锂离子电池由于其化学性能剧烈，在加工电池组时，会用一个比较完备的保护电路对其充电，放电过程予以保护。

3.1 电路中的过充保护

文章设计的锂电池组，在恒压模式下，一般经过3个小时左右的充电，就会达到充饱状态。如果这时不切断充电电源继续充电，电池的电压会随着不断流入的充电电流而升高，虽然这时候的充电电流很小，但如果不切断充电电路，就会出现过充现象，导致电池过热内部由于气体膨胀出现爆炸等危险。所以，需要有保护功能的电路板，采用专门的电池保护芯片，如MM1414、S-8254、BQ29311、BQ29312等，我们以MITSUMI的MM1414芯片为例，MM1414芯片可对多达4组电池的电压进行采样和监测，PIN15-PIN18为电池电压采样的PIN，当采样到的单租电压超过4.35±0.25V，即整个电池组的电压超过12.7V时，MM1414PIN10V就会因过压由高电位转换为低电位，从而起到了过充保护功能。

3.2 电路中的过流保护

当锂电池的负载出现短路或其他的故障，电池会出现一个很大的电流进行放电，是非常危险的状态，必须立即断开放电通路。过流检测通过MM1414 PIN3CS接到放电MOS与充电MOS中间的一个取样电阻上，来检测放电MOS源极和漏极的压降，当电流超过16A，PIN5 DCHG将输出高电平，将放电MOS关闭，停止放电。过流控制的检测死区的时间，可以通过PIN8 COL这个输入接口，对地接一个电容来进行控制。

3.3 MOSFET管过温保护

电池工作的时候，电流会流过电路中的两组MOSFET管，一般电路会接有四个MOSFET，每对MOSFET并联，分担流过的电流。由于工作过程中，MOSFET会发热甚至被击穿，一般会在电路的输出端串联一个139℃温度保险丝。用导热胶将温度保险丝固定在两对MOSFET的表面，当MOSFET管表面的温度超过139℃的时候，这时电路一般已经出现了严重的故障，电路的保护功能失控，必须立即切断通路，串联在电路与负载之间的温度保险丝熔断，并且不可恢复，保护了台式电脑电池的安全。

4 结语

文章介绍了台式电腦安装锂电池的新思路，锂聚合物电池主要优点是体积小、重量轻、能量密度高、自放电率小、安全性能好，不易产生漏液和燃烧爆炸，抗过充性更好。随着电子技术的发展，台式电脑电池的保护功能也逐渐升级，为消费者提供的功能越来越强，安全性能越来越高的产品也是台式电脑电池开发所追求的最终目标。

参考文献

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