电池简介：组件、参数、类型和充电器

介绍

由于电池能够在旅途中存储和传输能量，因此电池已成为一种常见物品，几乎在我们日常使用的所有电子产品中都可以找到。当需要便携式医疗设备时，电池可以挽救生命，并在耳机和便携式电动工具等应用中提供充足的日常用途。当没有直接电源时，充电电池可以依靠移动电源进行充电。

本文将通过介绍基本的电池组件、参数、电池类型以及 MPS 专为可充电电池设计的电池充电器 IC 来讨论一些基本的电池基础知识。

电池组件

电池由多个组件组成，这些组件允许电池存储和传输电力。为了给电池充电和放电，带电粒子（离子和电子）必须沿特定方向流动并流经特定组件。尽管电池的化学成分不同，但它们都有一些基本组成部分：

阴极：阴极是发生还原的正极（或电导体），这意味着阴极在放电过程中获得电子。阴极通常决定电池的化学性质，有多种类型（例如锂离子电池、碱性电池和镍氢电池）。

阳极：阳极是发生氧化的负极，这意味着阳极在放电时失去电子。阳极通常是导电材料，例如金属。

电解质：电解质允许离子在阳极和阴极之间流动。该介质可以是固体、液体，甚至凝胶。电解质携带允许电化学反应的离子，并且电解质的类型根据阴极而变化。例如，锂离子电池中的电解质通常是液体或凝胶（例如锂聚合物电池）。

隔膜：隔膜是一种多孔材料，可防止阳极和阴极之间的直接接触，因为这些组件之间的接触可能会导致灾难性的后果，导致电池着火甚至爆炸。分离器允许离子流动。

收集器：顾名思义，收集器收集电流。它是一种导电材料，允许电子在电极和电路之间流动。集电器通常是金属或碳基的，并且连接到阳极和阴极。

端子：电池的端子是将电池的金属触点连接到外部电路的地方。通常，端子位于电池的两端。虽然传统电池通常有两个端子（一个在阴极，一个在阳极），但较新的电池可以有十多个端子。

图 1 显示了锂离子电池的电池图。请注意，其他电池化学成分可能具有不同或额外的运行组件。例如，锂离子电池在阴极和多孔隔膜之间具有锂金属氧化物，然后在隔膜和阳极之间具有锂金属碳。这些离子转移都发生在电解质（例如凝胶或液体）内。

图 1：锂离子电池图

当锂离子电池充电时，正锂离子从阴极内部流向阳极；同时，电子从阴极外部流向阳极。当电池放电时，锂离子和电子沿相反方向流动。

电池参数

选择电池时，需要考虑和了解多个参数，特别是因为这些规格会因每种电池类型而异。这些参数包括但不限于：

化学成分：不同的电池化学成分具有不同的特性，例如与电压、容量和能量密度相关的特性。下面将描述其中一些化学成分，但要更深入地了解电池化学成分，请了解电池化学成分如何影响充电器选择。

电压：电池电压是阳极和阴极之间的电压差。不同的电池化学成分有不同的额定电压；例如，锂离子电池的额定电压为3.7V，而碱性电池的额定电压约为1.5V。电压越高，容量和输出功率就越高。

容量：电池的容量是指它可以存储和提供的电能的量。容量表示在完整充电或放电周期期间传输的电荷总量。容量较高的电池不需要像容量较低的电池那样快速充电或更换。

循环寿命：循环寿命描述了可充电电池在其容量永久下降到一定百分比之前可以充电和放电的次数。

能量密度：对于电池来说，能量密度衡量的是每单位体积可以存储多少能量。能量密度较高的电池可以在较小的封装中存储更多的能量，这使得它们非常适合空间受限的应用。

自放电率：电池的自放电率是指电池在不使用时失去电量的速率。如果您曾经想知道为什么电子设备在一段时间不活动后无法打开，这是因为电池会自放电，直到电池失去足够的电量而不再支持设备功能。

功率：电池的额定功率决定了它可以向连接的负载提供多少功率。它是电池电压与电池允许的最大放电电流之和。

效率：在这种情况下，效率是指放电期间提供的电能与充电期间提供的电能之比。效率更高的电池不会损失太多能量或散发太多热量，这意味着它们能够持续更长时间。

电池类型：优点和缺点

电池主要有两种类型：一次性电池和可充电电池（见图 2）。在这两种电池类型之间，有许多电池化学成分决定了容量、电压和能量密度等参数。

一次性电池是只能使用一次的电池，完全放电后必须更换。同时，充电电池即使在完全放电后也可以多次充电和使用。

图 2：一次性电池（左）和充电电池（右）

一次性电池

 一次性电池已预先充电并可供使用，在未使用时可保留电量多年，并且专为特定应用而设计，这意味着它们不需要维护。然而，一次性电池在使用后必须立即更换，这可能会带来不便，例如在旅行时，因为这意味着要么存储额外的电池，要么购买新电池。此外，电池处理也是一项环境挑战，因为如果处理不当，这些电池中的金属和材料可能会危害环境。

 下面列出了一些一次性电池类型及其化学成分。

 碱性电池：碱性电池（例如 AA、AAA、C 和 9V）非常常见，用于许多日常用品，例如手电筒、玩具和遥控器。碱性电池使用简单，大多数商店都有售，而且它们的自放电率相对较低。

锌碳电池：锌碳电池与碱性电池类似，自放电率相对较低，必须更换，但能量密度较低，通常使用时间较短。因此，它们通常用于低电流消耗的设备，例如时钟和收音机。

可充电电池

 尽管必须根据其应用仔细选择可充电电池，但它们对环境更好，更具成本效益，并且通常比一次性电池提供更多电量。充电电池在没有直接电源的情况下旅行时也特别有用，因为它们可以使用移动电源充电。

 铅酸：铅酸电池是一种成熟的可充电电池类型，通常用于不间断电源 (UPS) 等应用，因为它们可以提供高电流并提供可靠的安全性。尽管这些电池具有成本效益，但它们的能量密度比其他电池类型低，而且很重，这意味着不建议将它们用于移动应用。

锂离子：锂离子电池是可充电电池，常用于便携式应用，例如智能手机和笔记本电脑。由于锂离子电池具有高能量密度和低自放电率，因此其保质期长且充电速度快。然而，它们需要安全功能来防止在次优条件下着火甚至爆炸。类似的电池类型包括锂聚合物电池和磷酸铁锂（LFP）电池。

NiMH/NiCd：NiMH 和 NiCd 电池是相对相似的电池类型，用于无绳电话、电动工具和数码相机等应用。两种电池类型均可充电 500 至 800 次。镍氢电池具有非常高的能量密度，并且两种电池类型具有相似的标称电压。然而，由于镉的环境问题，镍镉电池变得越来越不常见。

可充电电池的电池充电器 IC

对于环保、多功能的充电电池来说，拥有与电池和系统规格兼容的电池充电器 IC 至关重要。电池充电器 IC 可以通过提供保护和调节充电过程来使电池受益。下面更详细地描述这些好处。

电池保护：某些电池充电器执行能够保护电池和电池充电器的保护。保护功能包括过压保护 (OVP)、欠压保护 (UVP)、过流保护 (OCP) 和过温保护 (OTP)，可防止电池和电池充电器出现可能导致电池损坏的潜在危险情况。火灾或爆炸。除了电池充电器 IC 之外，MPS 还提供全面的电池监视器和保护器，例如MP2790和MP2787。

充电调节：电池充电器（例如MP2760和MP2651）通过在充电过程中监控电池的电压、电流和温度来调节充电。充电器可以调整电流和电压设置以满足电池的要求，并确保电池不会过度充电或过度放电，以保护电池的使用寿命。

与BMS通信：电池充电器 IC 可以通过通信接口与BMS通信，交换有关电池状态的数据、设置保护阈值，并强制电池充电器进入可能影响电池的某些状态。如需产品规格书、选型指导、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。