【摘要】：伴随着信息时代的到来，电子产品逐渐成为人们生活的一部分，而作为其能源储备的电池的发展也是日趋成熟。尤其是充电电池，已然成为人们选用电池时的首选。虽然锂离子电池在电池技术发展史上只有很短的历史，但是，随着其销售量的显著增长，锂离子电池已占领了可充电池领域的领先地位。锂离子电池活物质的重量很小，这使电池的比能量很高。因此，锂离子电池是小型轻量电子设备的理想电源。
在本篇文档中，详细介绍了电池、充电电池，锂电池的基本概念，以及BQ2057芯片的特点、功能，并利用这些知识给出典型充电电路的设计方法。
前 言几十年来，电池界一直致力于安全、高能量、长循环寿命锂金属阳极电池的研究开发。
1990年以后，由于日本开发成功镍氢电池得到了人们的高度重视，应用量急速增加。但自1994年日本新力电池公司推出锂离子电池后，人们又开始认同锂电池，一些镍氢电池企业纷纷转产生产锂电池。一时间人们所热崇的镍氢电池似有被冷落的意思。
锂电池可分为锂离子电池和锂分子（高聚合物）电池两种。锂电池具有体积小，质量能和质量功率高、电压高、高安全性（固态）、环保性好和无污染性等优点。锂电池的能量密度（体积能和质量能）几乎是镍镉电池的1.5～3倍，也就是说在同样大小能量的情况下，锂电池的体积和质量可减小1/2左右。单元电池的平均电压为3.6V，相当于3个镍镉或镍氢电池串接起来的电压值。能减少电池组合体的数量，从而因单元电池电压差所造成的电池故障的概率可减少许多，也就是说大大延长了电池组合体的寿命。
相对于镍镉电池和镍氢电池，充电时不用先进行放电（因锂电池无记忆性），给使用带来了极大的方便性，同时也节省了电能。锂电池还具备自放电低的优点在非使用状态下贮存，内部几乎不发生化学反应，相当稳定。锂电池的自放电率仅为5%～10%。由于锂电池不含有镉、汞和铅等重金属，因此可以说是绿色的环保电池。
然而，在开发锂电池过程中，也是经历了一些技术进步和不断完善的过程。首先，锂电池处于过充电状态时，钴系锂电池要将正极材料氧化锂钻分解成强还原剂氧化钴，要使锂在极板上形成树枝状的针尖状物质。此树枝状针尖状物质极易刺穿正极板间厚度仅数微米的隔离膜而造成短路。造成强还原剂和强氧化剂发生化学反应，从而急剧释放出大量能量，引起电池爆炸和引发火灾。为此人们将钴系改成锰系，有效解决了上述问题。其次是选择特殊的隔离膜材料，使之能在过充电电池温度上升到一定温度时熔融，起到保护作用。第三是加装安全阀，防止高温环境下电解液汽化，以避免压力升高造成意外。
既然是充电电池，那就必须用充电器对锂电池进行充电。但是充电器的质量好坏又成为影响充电电池质量好坏的一个重要环节。由此引进了电池充电管理电路的概念。充电管理电路在对锂电池进行充电时，是一个复杂的过程，既要保证锂电池能够充满，又要保证锂电池的性能，最重要的是要保证锂电池不能过充。如果锂电池在充电过程中充电电流过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。
1 充电电池之间的性能比较
(1) 镍镉电池(Ni-Cd)
镍镉电池是以镍的氧化物作为正极，氧化镉作为负极，碱液（主要为氢氧化钾）作为电解质制成的电池，这种电池最早应用于手机、笔记本计算机等设备的电池种类，也常用于闪光灯及照相机的马达卷片器中。虽然价格相对较高，但由于它用完后可以充电再次使用，因此对于长期使用来说还是很经济的。这种电池具有良好的大电流放电特征、低温特性好等优点。镍镉电池最致命的缺点是：在充放电过程中如果处理失当会出现严重的“记忆效应”，使得电池寿命大大缩短。所谓“记忆效应”是指在电池充电前，电池里的电量没有完全放尽，久而久之引起的电池容量的降低。当然，我们可以掌握合理的充放电方法来减轻“记忆效应”，但是，一般来说充电次数为300次—700次的镍镉电池，在充放电达500次后电池容量就会下降约20%，另外，该电池内阻很小。除此之外，镍镉电池中的镉是有毒的重金属，不利于生态环境的保护。
(2) 镍氢电池(Ni-Mh) 镍氢电池是以镍氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为氢氧化钾）作为电解液制成的电池。这种电池是早期镍镉电池的替代产品，相对于镍镉电池来说，镍氢电池具有更加引人注目的优势。它大大减少了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池的使用更加方便，循环使用寿命更加长久（可达1000次）。此外，镍氢电池还具有电容量高、放电深度大、耐过充和过度放电、充电时间短等明显的优点。最重要的是镍氢电池不再使用有毒的重金属作为材料，可以消除其对环境的污染。同时，在电学特性方面与镍镉电池基本相似，在实际应用中完全可以替代镍镉电池而不需要对相机进行任何的改造。
(3) 锂离子电池(Li-Ion) 现在许多数码相机都采用了锂离子电池作为电源。它是用嵌入锂的化合物作正极，碳素材料作负极，用锂盐非水有机溶剂为电解质制成的电池。锂离子电池价格比较高，但它具有重量轻，容量大、能量密度大的优点，与镍氢电池相比，锂离子电池轻30%—40%，能量比却高出60%，正因为如此，锂离子电池的生产和销售正逐渐超过镍氢电池了。此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因。
下表（表1-1）为三种充电电池之间的性能比较：
技术参数 镉镍蓄电池 氢镍蓄电池 锂离子蓄电池
工作电压（v） 1.2 1.2 3.6
质量比能量（vh/kg） 50 65 105-140
体积比能量（wh/1） 150 200 300
充放电寿命（次） 500 500 1000
自放电率（wh/1） 25-30 30-35 6-9
有无记忆效应（次） 有 有 无
有无污染（%/月） 有 无 无
注:充电速率均为1C。
表1-1
备注：
1．镍氢电池：目前最高容量是2100mAh左右。
2．锂离子电池：重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构→爆炸。
3．锂聚合物电池：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。
2 基于BQ2057实现的单双节锂电池充电器的设计
BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适宜单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电
