1.概述

　　電池模塊包括鋰電池和電池管理單元，電池管理單元主要完成電池充放電管理、電量檢測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)供電管理。

　　2.設(shè)計(jì)依據(jù)

　　蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范《GB/T182872000規(guī)范》

　　3.主要性能和技術(shù)指標(biāo)

　　3.1電池性能指標(biāo)

　　容量：6000～8000mAh

　　尺寸：50x150x8mm3(根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求可微調(diào))

　　工作溫度：-20~55℃

　　存儲(chǔ)溫度：-25~65℃

　　充電溫度：0~40℃

　　額定電壓：3.8V

　　工作電壓：3.5～4.2V

　　放電額定電流：5A

　　放電峰值電流：8A

　　放電要求：電壓降至3.5V時(shí)，放電電量達(dá)到容量90%以上

　　3.2電池管理功能

　　監(jiān)測(cè)電池溫度

　　監(jiān)測(cè)電池充電、放電狀態(tài)

　　檢測(cè)剩余電量

　　監(jiān)測(cè)電池電壓

　　輸入過(guò)壓過(guò)流保護(hù)

　　4模塊方案設(shè)計(jì)

　　4.1模塊組成

　　圖1電池模塊框圖

　　電池模塊包括鋰電池、充電管理、電量監(jiān)測(cè)三部分。

　　4.2方案設(shè)計(jì)

　　4.2.1鋰電池

　　鋰電池采用單體、可更換式設(shè)計(jì)，需要外殼包裝，用戶可自行從設(shè)備上拆卸、安裝、更換鋰電池。

　　電池接口采用3線觸點(diǎn)式，包括電源+、電源－、溫度檢測(cè)點(diǎn)，接觸點(diǎn)需鍍金處理。

　　電池額定電壓3.8V，工作電壓范圍為3.5~4.2V，容量6000~8000mAh，放電額定電流為5A，峰值電流達(dá)到8A。

　　電池具備溫度傳感功能，可集成負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻于電池內(nèi)部，通過(guò)充電管理芯片實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)。

　　4.2.2充電管理

　　充電管理芯片采用TI的BQ24193，集成開(kāi)關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理，支持寬范圍輸入源，包括標(biāo)準(zhǔn)USB主機(jī)接口、USB充電端口、高功率DC適配器。

　　在無(wú)需軟件控制情況下完成一個(gè)充電周期，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)電池電壓實(shí)現(xiàn)充電的三個(gè)階段：預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電，當(dāng)充電電流低于預(yù)設(shè)定值(10mA)時(shí)充電器自動(dòng)終止。

　　BQ24193提供對(duì)電池充電和系統(tǒng)運(yùn)行的多種安全特性，包括雙組負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻監(jiān)視、充電安全性定時(shí)器和過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)，并支持符合JEITA標(biāo)準(zhǔn)的溫度曲線。

　　4.2.3電量檢測(cè)

　　電量檢測(cè)芯片采用TI的BQ27410，基于TI專利技術(shù)ImpedanceTrack的易配置電池電量監(jiān)測(cè)，可提供剩余電池容量、充電狀態(tài)(進(jìn)度)、電池電壓。

　　建模電池放電曲線可準(zhǔn)確報(bào)告充電狀態(tài)，可根據(jù)電池老化、電池自放電以及溫度/速率的低速率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

　　4.3可靠性設(shè)計(jì)

　　鋰電池嚴(yán)格遵守蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范《GB/T182872000》。

　　4.4環(huán)境適應(yīng)性要求

　　?根據(jù)GSPSHUB的應(yīng)用環(huán)境要求，鋰電池的工作溫度為-20~55℃，工作濕度為5%～95%非冷凝；存儲(chǔ)溫度-25~65℃。

　　5鋰電池測(cè)試方法

　　5.1基本性能測(cè)試

　　5.1.1容量測(cè)試

　　以0.2CA恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到限制電壓4.2V時(shí)，改為恒壓充電，當(dāng)電流小于0.01CA時(shí)，停止充電。靜置10分鐘，以1C恒流放電，當(dāng)電池電壓達(dá)到限制電壓3.5V時(shí)，結(jié)束放電。通過(guò)放電時(shí)間來(lái)計(jì)算電池容量。

　　5.1.2壽命測(cè)試

　　靜置10分鐘，以0.4CA恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到限制電壓4.2V時(shí)，改為恒壓充電，當(dāng)電流小于0.01CA時(shí)，停止充電。靜置10分鐘，以1C恒流放電，當(dāng)電池電壓達(dá)到限制電壓3.5V時(shí)，結(jié)束放電。按此方法循環(huán)30次。

　　5.1.3內(nèi)阻測(cè)試

　　使用1KHz的交流電壓，使用內(nèi)阻測(cè)試儀器測(cè)試內(nèi)阻.

　　5.1.4荷電保持能力

　　環(huán)境溫度（20±5）℃時(shí)，電池完全充滿電后開(kāi)路擱置30天。以0.2CA恒流放電，其放電時(shí)間應(yīng)不少于4.5h。

　　5.2環(huán)境性能測(cè)試

　　5.2.1高溫性能

　　已充滿電的電源在溫度為（65±2）℃條件下放置2h實(shí)驗(yàn)后，觀察外觀，并能進(jìn)行正常的充放電。

　　5.2.2低溫性能

　　已充滿電的電池在溫度為（-20±3）℃條件下放置24h實(shí)驗(yàn)后，觀察外觀，并能進(jìn)行正常的充放電。

　　5.2.3恒定濕熱性能

　　已充滿電的電池在（40±2）℃，相對(duì)濕度為93%±2%條件下放置48h實(shí)驗(yàn)后，將電池取出在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下放置2h，外觀良好，并能進(jìn)行正常的充放電。

　　5.2.4振動(dòng)試驗(yàn)

　　滿充電電池將電池安裝在振動(dòng)臺(tái)上，按下面的振動(dòng)頻率和對(duì)應(yīng)的振幅調(diào)整好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，X、Y、Z三個(gè)方向每個(gè)方向從10Hz—55Hz循環(huán)掃頻振動(dòng)30min，

　　振動(dòng)頻率：10—30Hz單振：0.38mm；

　　振動(dòng)頻率：30-55Hz單振幅：0.19mm；

　　震動(dòng)結(jié)束后電池外觀良好，電壓大于3.6V。

　　5.2.5碰撞實(shí)驗(yàn)

　　振動(dòng)結(jié)束正常的電池，將電池平均按X、Y、Z三個(gè)相互垂直軸向直接或者通過(guò)夾具固定在在臺(tái)面上，按下面的要求調(diào)節(jié)好加速度、脈沖時(shí)間，進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)。

　　脈沖峰值加速度：100m/s2

　　每分鐘碰撞次數(shù)：40—80

　　脈沖持續(xù)時(shí)間：16ms

　　碰撞次數(shù)：1000±10

　　電池外觀良好，電池電壓大于3.6V。

　　5.2.6自由跌落試驗(yàn)

　　電池在碰撞實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電池樣品由高度1米的位置自由跌落在置于水泥地面上的18mm—20mm的厚的硬木板上，從X、Y、Z正負(fù)方向自由跌落一次。

　　自由跌落實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電池以1C電流放電到終止電壓。然后按1C充電循環(huán)三次，其中至少一次放電時(shí)間超過(guò)51分鐘。

　　5.3安全保護(hù)性能

　　5.3.1過(guò)充電保護(hù)

　　滿充電電池，用恒流恒壓源持續(xù)給電池加載8h，恒流恒壓源電壓為8V，電流為2C的外接電流，電池外觀良好，不爆炸，不起火，不冒煙，不漏夜。

　　5.3.2過(guò)放電防護(hù)

　　電池在以0.2C放電至終止電壓后，外接30W負(fù)載放電24h，電池外觀良好，不爆炸，不起火，不冒煙，不漏夜。

　　5.3.3短路保護(hù)

　　滿充電電池，將正負(fù)極接上0.05W短路1個(gè)小時(shí)，電池外觀良好，不爆炸，不起火，不冒煙，不漏液。將電池正負(fù)極斷開(kāi)，以1C電流對(duì)電池充電5s，測(cè)量電池的電壓，電池電壓大于3.9V。

　　注：以上測(cè)試盡量在有安全措施的情況下進(jìn)行。

　　5.4安全性測(cè)試

　　5.4.1重物沖擊

　　電池放置于沖擊臺(tái)上，將10kg重錘自1m高度自由落下，沖擊已固定在夾具中的電池（電池的面積最大的面應(yīng)于臺(tái)面垂直），沖擊過(guò)后，電池允許發(fā)生變形，但應(yīng)不起火、不爆炸。

　　5.4.2熱沖擊

　　電池放置于熱箱中，溫度以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃，保持30min，電池應(yīng)不起火、不爆炸。

　　5.4.3存儲(chǔ)

　　進(jìn)行儲(chǔ)存試驗(yàn)的電池應(yīng)選自生產(chǎn)日期到試驗(yàn)日期不足3個(gè)月的電池，電池儲(chǔ)存前應(yīng)按1C充電的制式給電池充入40%-50%的容量，然后在環(huán)境溫度，相對(duì)濕度45%-85%的環(huán)境中儲(chǔ)存。儲(chǔ)存期12月后，電池按1C進(jìn)行充電后，進(jìn)行0.2C放電時(shí)間應(yīng)大于4h。