鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：570次 | 2019年04月27日
還需要哪些特性來(lái)確保對(duì)電池進(jìn)行安全及精確的充電？
電池充電解決方案事實(shí)上，所有3G手機(jī)都采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮選用何種類(lèi)型的電池充電器，以及還需要哪些特性來(lái)確保對(duì)電池進(jìn)行安全及精確的充電。
線性鋰離子電池充電器的一個(gè)明顯趨勢(shì)是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)注的是在充電周期（尤其在高電流階段）冷卻IC所需的板空間或通風(fēng)條件。充電器的功耗會(huì)使IC的接合部溫度上升。加上環(huán)境溫度，它會(huì)達(dá)到足夠高的水平，使IC過(guò)熱并降低電路可靠性。此外，如果過(guò)熱，許多充電器會(huì)停止充電周期，只有當(dāng)接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么充電器“停止和開(kāi)始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長(zhǎng)充電時(shí)間。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，用戶只能選擇減小充電電流來(lái)延長(zhǎng)充電時(shí)間或增大板面積來(lái)散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護(hù)材料，整個(gè)系統(tǒng)成本也將上升。
對(duì)此問(wèn)題有兩種解決方案。首先，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔(dān)心散熱而犧牲PCB面積，并采用一種小型的熱增強(qiáng)封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過(guò)熱。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動(dòng)減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時(shí)也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過(guò)良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來(lái)充電。
方案一：LTC4059A線性電池充電器LTC4059A是一款用于單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，它無(wú)需使用三個(gè)分立功率器件，可快速充電而不用擔(dān)心系統(tǒng)過(guò)熱。監(jiān)視器負(fù)責(zé)報(bào)告充電電流值，并指示充電器是何時(shí)與輸入電源連接的。它采用盡可能小的封裝但沒(méi)有犧牲散熱性能。整個(gè)方案僅需兩個(gè)分立器件（輸入電容器和一個(gè)充電電流編程電阻），占位面積為2.5mm×2.7mm。LTC4059A采用2mm×2mmDFN封裝，占位面積只有SOT-23封裝的一半，并能提供大約60℃/W的低熱阻，以提高散熱效率。通過(guò)適當(dāng)?shù)腜CB布局及散熱設(shè)計(jì)，LTC4059A可以在輸入電壓為5V的情況下以最高900mA的電流對(duì)單節(jié)鋰離子電池安全充電。此外，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮最壞情況下的功耗，因?yàn)長(zhǎng)TC4059A采用了專利的熱管理技術(shù)，可以在高功率條件（如環(huán)境溫度過(guò)高）下自動(dòng)減小充電電流。
方案二：帶過(guò)流保護(hù)功能的LTC4052脈沖充電器LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，用于單節(jié)4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當(dāng)輸入電壓為5.25V并以0.8A電流進(jìn)行快速充電時(shí)，LTC4052的功耗大約為280mW，而線性充電器解決方案的功耗則高達(dá)1.8W。與采用電感來(lái)獲得高效率和低散熱的開(kāi)關(guān)充電器不同，LTC4052采用無(wú)電感設(shè)計(jì)。利用LTC4052設(shè)計(jì)的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2的面積，且高度低于1.7mm。通過(guò)將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設(shè)備對(duì)熱設(shè)計(jì)的要求，允許采用更小的封裝、更小的散熱氣流以及更小的PCB面積，而且能消除熱點(diǎn)，從而無(wú)需使用散熱片或風(fēng)扇。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
LTC4052需要一個(gè)電流受限的墻上適配器，以控制充電電流的大小。它還需配備過(guò)流保護(hù)電路，以便在意外使用較高電流或墻上適配器發(fā)生故障時(shí)能提供保護(hù)。LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，無(wú)需使用外部MOSFET或阻流二極管。這款獨(dú)立的充電器IC具有C/10檢測(cè)、充電狀態(tài)指示、充電結(jié)束定時(shí)器、墻上適配器檢測(cè)及過(guò)流保護(hù)等功能。LTC4052的輸入電源可以是4.5V到12V，并具有1%的飄移電壓精度。
目前國(guó)內(nèi)鋰錳電池大部分的生產(chǎn)設(shè)備還停留在手工或半機(jī)械化程度，對(duì)于扣式電池來(lái)說(shuō)，這樣的生產(chǎn)效率十分低下，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰錳扣式電池自動(dòng)組裝生產(chǎn)線是非常必要的，也是我國(guó)工控自動(dòng)化的一大進(jìn)步。
1鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的組成及其功能
本鋰錳扣式電池生產(chǎn)線是用于組裝CR2032電池的，根據(jù)鋰錳扣式電池的生產(chǎn)工藝，其主要任務(wù)是：在帶有集流網(wǎng)、負(fù)極片的負(fù)極殼體內(nèi)，依次加入隔膜和飽浸電解液的正極片，并補(bǔ)充正極片中揮發(fā)的電解液，并在保證電解液完全滲透的前提下，加蓋正極殼體并封口。為此生產(chǎn)線主要由剪切隔膜紙工序、注電解液及上正極片工序、正極殼體裝配工序以及封口工序等4個(gè)工序組成。
2PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)由于PLC具有控制精度高、操作方便、通用性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，所以采用PLC作為生產(chǎn)線的主控制系統(tǒng)，能滿足生產(chǎn)的需要。根據(jù)鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的具體情況，選用了日本Omron公司的可編程控制器和擴(kuò)展模塊作為生產(chǎn)線的核心控制部分；采用PWS系列觸摸屏（臺(tái)達(dá)電子），觸摸屏和PLC之間通過(guò)RS2232C進(jìn)行通訊。觸摸屏用于按鍵輸入、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控畫(huà)面顯示以及故障原因顯示等功能。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
在PLC控制系統(tǒng)中，主要的檢測(cè)元件有對(duì)射光電開(kāi)關(guān)、漫反射光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、行程開(kāi)關(guān)等；執(zhí)行部件主要有電機(jī)、氣缸、振動(dòng)料斗、海霸泵、沖床、聲光報(bào)警器以及狀態(tài)顯示燈等。在這個(gè)系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)是料斗的控制，它是影響電池表面質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素；各道工序之間的協(xié)調(diào)一致，也是保證生產(chǎn)線正常工作的關(guān)鍵。
2.1振動(dòng)料斗的控制：負(fù)極殼、正極片和正極蓋均采用振動(dòng)料斗進(jìn)行自動(dòng)上料。若正極片和正極蓋在料斗中反復(fù)運(yùn)動(dòng)，則會(huì)損壞正極片和將正極蓋劃傷，因此在振動(dòng)料斗的料道上增加了料滿檢測(cè)傳感器，一旦料滿則停止振動(dòng)料斗；當(dāng)料道上的料不滿時(shí)，振動(dòng)料斗開(kāi)始振動(dòng)。
2.2各道工序之間的協(xié)調(diào)：由于電池組件的尺寸非常小，給生產(chǎn)線的上料和輸送帶來(lái)了很大困難，再加上某些工序可能會(huì)產(chǎn)生次品，中間還會(huì)有次品剔除的情況，電池組裝生產(chǎn)線的4個(gè)工序之間很難做到完全同步。在生產(chǎn)線的輸送線上安裝了檢測(cè)傳感器，當(dāng)輸送線上的料較少（少于傳感器的安裝位置）時(shí)，下一個(gè)工序的轉(zhuǎn)盤(pán)就自動(dòng)停止工作；當(dāng)前面的料輸送過(guò)來(lái)，超過(guò)了傳感器的安裝位置時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，恢復(fù)工作。這樣就可以保證某道工序的連續(xù)運(yùn)行。在輸送線上還裝有堵料檢測(cè)傳感器，一旦發(fā)生堵料現(xiàn)象，將進(jìn)行報(bào)警并自動(dòng)停車(chē)。
3PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
該生產(chǎn)線中執(zhí)行元件和狀態(tài)檢測(cè)元件的種類(lèi)和數(shù)量較多，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，我們采用模塊化的思路，使用梯形圖來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件，將整個(gè)系統(tǒng)的控制程序根據(jù)所處的位置分成4個(gè)模塊，即剪切隔膜紙模塊、注電解液及上正極片模塊、正極殼體裝配模塊以及封口模塊，前3個(gè)模塊以3個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)為主線，協(xié)調(diào)彼此的動(dòng)作，而第4個(gè)模塊以封口壓力機(jī)作為主線，來(lái)協(xié)調(diào)彼此的動(dòng)作。這樣程序的條理性增強(qiáng)，可讀性好，修改程序方便。
在系統(tǒng)中充分利用觸摸屏的優(yōu)勢(shì)，除了完成按鍵的輸入功能以外，還可以顯示各工序和整條生產(chǎn)線的監(jiān)控畫(huà)面；若工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，除了進(jìn)行聲光報(bào)警外，還在觸摸屏上顯示故障的種類(lèi)、原因以及解決辦法，方便了操作；在觸摸屏上還顯示生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量。
為了提高鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的可靠性，保證設(shè)備和人員的安全，除了選用優(yōu)質(zhì)元件之外，還采取了許多有效保護(hù)措施，例如，為了防止由于氣壓降低或氣路出現(xiàn)故障而使轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)損壞氣缸，設(shè)置了壓力檢測(cè)傳感器，一旦壓力低于給定值，則自動(dòng)停止轉(zhuǎn)盤(pán)并報(bào)警；為了防止封口沖床在工作時(shí)出現(xiàn)人身事故，在沖床上安裝了光電檢測(cè)傳感器，一旦人手接近沖頭，則設(shè)備自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信息；為了防止由于調(diào)整失誤而損壞轉(zhuǎn)盤(pán)上的氣缸，特地增加了機(jī)動(dòng)互鎖裝置，從而有效地保護(hù)機(jī)械和氣動(dòng)裝置；此外控制軟件中還在多處使用了冗余控制，從而保證了設(shè)備的正常安全運(yùn)行。
4結(jié)語(yǔ)
為了提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，在觸摸屏和設(shè)備上設(shè)置了許多狀態(tài)信息的指示和故障顯示以及聲光報(bào)警。在PLC系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了故障診斷功能，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)就自動(dòng)停車(chē)，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。為了便于用戶的操作，縮短維修時(shí)間，在PLC控制軟件中，巧妙地運(yùn)用了HR型保持繼電器和計(jì)數(shù)器的保持性，使得生產(chǎn)線在任意時(shí)刻停機(jī)，在排除故障后，不必手動(dòng)調(diào)整，就可繼續(xù)正常工作。經(jīng)實(shí)際使用表明：該控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、使用靈活方便、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)使用中效果很好。
