50不用充电的电池阅读及答案

50不用充电的电池阅读及答案（共3篇）

篇1：50不用充电的电池阅读及答案

《5000年不用充电的电池》阅读答案

①生活中，你肯定在为你的手机电量是否充足、是否要马上充电等问题而操心劳神，所以，如果给你一块几个月都不需要充电的电池，你马上会高兴起来，如果给你一块你一辈子都不用充电的电池，你会不会惊讶万分?如果给你一块几百代人都不用充电的电池，你会不会觉得这是神话?告诉你，美国科学家眼下就创造出了这个神话。

②那么神话是怎么创造出来的呢?原来，早些时候，科学家就发现，当放射性物质衰变时，就能够释放出带电粒子，如果采取一定特殊的办法，就能够把带电粒子驯服归拢起来，形成电流。后来科学家依照这个发现和放电原理，发明了大型的`核电池，用于工业和航天业。如在航天领域，可把核电池安装在太阳能不够用的探测卫星上，或安装在发射到太阳系外的无人飞船上。遗憾的是，因核电池必须装有一个收集带电粒子的固体半导体，但由于辐射的作用，固体半导体很快就会受损，而为了降低受损程度，核电池就必须做得足够大。正因为核电池变小很难，所以它就很难在小型或微型电子设备上派上用场，自然也就很难把它做成手机电池了。

③直到最近，情况有了转机，美国科学家想出了为核电池“瘦身”的妙计，他们把核电池内易受损的固体半导体换成了不易受损的液体半导体，这样不但能完成收集带电粒子的使命，而且还可以大幅度“瘦身”，真可谓是一举两得。按照新思路研发出的圆形核电池直径有1.95厘米，厚才1.55毫米，仅仅比1美分硬币大一点点，但其电力却是普通化学电池的100万倍。

④科学家认为，在遥远的未来，微型核电池将被广泛使用到小型和微型电子系统，比如说用于分析血样的微型电子仪里。因核电池提供电能的时间非常长，到那时，只需要一个硬币大小的电池，就可以让我们的手机5000年不用充电。另外，像正在流行的电动车的电池，也有望实现让人至少一辈子不用充电的梦想。至于核电池是否会出现核污染问题，科学家指出，这个问题早在发明它的时候就同时解决了，人们不必为此担忧。

19.请概括选文说明的中心内容。(3分)

20.本文主要采用了哪种说明顺序?(2分)

21.选文第③段主要运用了哪几种说明方法?有什么作用?(3分)

22.下列说法不正确的一项是( )(2分)

A.第一段连用两个问句的目的是引出说明对象，激发读者阅读兴趣。

B.微型核电池具有5000年不用充电的功能，是因为其内部装有一个收集带电粒子的固体半导体。

C.微型核电池不会出现核污染问题，因为科学家发明它的时候就同时解决了。

D.由于辐射的作用，固体半导体很快会受损，因而手机电池做得足够大。

篇2：50不用充电的电池阅读及答案

自1990年日本SONY公司研制成功小功率锂离子电池以来,锂离子电池作为一种新型的高新能蓄电池,与传统的二次电池相比,有着突出的优点。锂离子电池的工作电压是3.6V,是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍,因此也只能用锂离子电池专用充电器来充电,以免发生事故。

2002年后新推出的磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂(Li Fe PO4)材料作电池正极的锂离子电池,由于磷酸铁耐高温、遇热不分解,在电池过充或短路的情况下其特性极其稳定,安全性极好,对环境无污染,是目前最好的大电流输出动力电池。

2 锂电池充电特性

由于锂离子电池的特殊材料特性,锂离子电池的充电方式和一般的可充电电池的充电方式不同。锂离子电池的充电方式通常分为以下三个阶段。

1)预充阶段。当电池电压降到某一规定的值时,充电器对电池进行预充电。主要是避免电池在低压时大电流充电对电池寿命造成的影响。

2)恒流充电阶段。当电池电压达到恒流规定的门限值的时候,充电器便进入第二阶段,即恒流充电阶段。

3)恒压充电阶段。随着电池充电的进行,当电池的电压达到恒压门限电压时,其充电量接近其容量的40%~70%,为了进一步充满电池,充电器进入恒压充电阶段。在恒压充电阶段,当充电电流逐渐下降到低于电池的0.1C时,充电周期完成。

磷酸铁锂电池作为锂电池的一种,其充电特性也完全符合以上特性,由于其能量密度较其它类型的锂电池低,所以其最高充电电压为3.6V,标准工作电压是3.2V,截止放电电压是2.05V。而一般的锂电池最高充电电压为4.2V,标准工作电压为3.6V。为此磷酸铁锂电池的充电电路也不同于一般的锂电池充电电路。

3 充电电路的设计

综合前面所述的磷酸铁锂电池特性,本文采用线性充电的方式来设计磷酸铁锂电池的充电电路。线性充电方式就是在锂电池充电的各个阶段,通过调整外部调整管(功率晶体管),以合适的电流给电池充电,该方式的优点在于具有限流功能,不需要外部限流配适器[1]。图1是以线性充电的方式的原理图和充电电压变化曲线示意图。

图2是按照线性充电方式来设计的单个磷酸铁电池充电电路图,其中包括保护电路。

以上充电电路的主要部分是电源控制芯片CN3060[2],它是专门为单个磷酸铁锂电池而设计的线性充电芯片,利用内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。

当电池电压检测输入端(FB)的电压低于2.05V,充电电路用小电流对电池进行预充电,以保护电池。当电池电压检测输入端(FB)的电压超过2.05V时,充电器采用恒流模式对电池充电,充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻确定。当电池电压检测输入端(FB)的电压接近电池端设定3.6V电压时,充电电流逐渐减小,CN3060进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值(恒流充电电流的10%)时,充电周期结束,端输出高阻态,端开始输出低电平,表示充电周期结束。如果要开始新的充电周期,只要将输入电压断电,然后再上电就可以了。图3所示是芯片的引脚图。

4 保护电路设计

锂离子电池电路至少需要三重保护:过充保护、过放保护和短路保护。

当外部充电器对锂电池充电时,为防止温度上升所导致的电池内压上升,需要终止充电。此时保护电路需要检测电池电压,当电压达到3.65V时,即启动过度充电保护。为了防止锂电池的过放电,当锂电池电压低于其过放电电压检测点2.0V时,将启动过放保护电路,截止放电并将电池保持在低静态电流的待机模式。该功能有电源控制芯片CN3060实现。

过流或短路保护主要是为了防止某些不明原因造成过电流或短路。保护电路工作原理是:当放电电流过大或者短路情况发生,保护电路开启电流检测功能。将功率管MOSFET导通时的电阻当成感应阻抗,通过检测其导通时压降的情形,来判断电路是否过流,如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电。保护电路主要由芯片FS326来实现[3],图4是芯片的外形图和引脚说明。

从图2可以看出,过流或者短路保护主要是通过检测保护芯片的CSI引脚上的电压来实现的,如果当检测到CSI引脚的电压超过内置的固定电压(FS326保护IC的内置电压是150m V±30m V),说明电池放电电流过大,这时保护IC控制引脚OD输出低电平,关断功率管MOSFET,停止电池放电,保护电池。设CSI引脚的检测电压为VCSI,则有:

VCSI=2×RDS(ON)×I,

其中:VCSI表示CSI引脚的电压;RDS(ON)表示调整管的导通电阻;I表示限流电流。

设计电路的过流保护为1.5A,保护IC的内置电压是150m V±30m V,则所需要的功率管MOSFET的导通电阻RDS(ON)为:

通过以上计算,选择功率管MOSFET的导通电阻RDS(ON)为50mΩ左右。选用场效应管AO4405来实现,该场效应管的RDS(ON)典型值为55mΩ。

5 充电电路的实验分析和结论

充电电路的实验和数据采集主要是通过51系列单片机在充电状态下,对电池的电压进行采集,来观察电池电压的变化情况和充电电路的正确性。图5是简单的充电电路实验照片,其中包括采集电路、充电电路和单个18650号磷酸铁锂电池。

采集模块主要是由51系列的STC12C2052AD单片机组成[5],内置8位的8通道AD转换器,单片机的基准电压是5V,采集的电压范围是0~5V,电池的充电电压是0~4V,不超出采集范围。由于采集的是未处理过的十六进制数据,所以对采集到的数据经matlab软件适当的处理后,再通过以下计算公式计算出采集到的电压,最后画出其充电曲线。

V=DIN×5/255,

其中:DIN表示采集到数据所对应的十六进制值;V表示电压值。

根据计算后的数据,画出的曲线图如图6所示。

该曲线显示的是磷酸铁电池充电时的电压变化曲线,纵坐标表示的是电池的电压,横坐标表示的是采集电压数据的个数(约30万个)。其中OA段表示的是涓流阶段,这时电池电压低于2.05V。当电池电压超过2.05V时,电路开始恒流充电,在图中表示为AB段。B点的电压为3.6V,当超过B点电压时,开始恒压充电。在恒压充电阶段,当控制电路检测到充电电流小于1/10恒流充电电流时,关闭充电,显示充电结束。用以上曲线对比图1曲可以得出,此设计的充电电路的实验结果正确。

参考文献

[1]王非,刘昊,田晓明.手持终端设备中的锂电池充电技术[J].电子器件,2004,27(4):757.

[2]安培磷酸铁锂电池充电器集成电路CN3060[Z].深圳市科韵达电子有限公司.2007.

[3]FS326Data Sheet[OB/EL].http://www.Fortune.com.cn.

[4]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.

篇3：终身不用充电的微型核电池

在现阶段，微型核能电池还不能驱动笔记本电脑和手机，这是因为它们产生的电能还太小，甚至只能以毫微瓦计算，而1毫微瓦只相当于1瓦的十亿分之一，不过即使这样，微型核能电池也已经大有用场了。这种电池将有望应用于“耗能极低的可植入装置”中，它可以帮助医生长期监视病人的健康状况；它们还可用于驱动微机电装置和其他极小的电子设备；以核能电池驱动的传感器可长期监测桥梁、道路和建筑物的使用状态，民用航班也可用这种传感器监测飞机的机械故障。

核能电池并不是新事物，它们此前已经应用于军事或者航空航天领域，但体积往往很大，而现在微型机电系统和纳米级机电系统已成为科学研究的热门领域，人们因此需要体积更小的核能电池为它们提供持久的电能，至于笔记本电脑和手机等民用电子装置对这种电池就更是期待了。

对于核能电池是否安全的问题，人们大可放心，因为它们的能量由放射性同位素的自然衰变而产生，这种衰变由物质中不稳定的原子核放射出粒子及能量所导致。当放射性同位素发生衰变时，它们释放出带电粒子，而半导体，例如硅，则能捕获这些粒子，从而产生电流，这个过程很像太阳能电池板从阳光中捕获光子并将它们转变成电流的过程。核能电池正是利用放射性同位素衰变会释放出能量的原理制成的。

核能电池的工作时间可以持续得很长，这是普通的化学电池所无法比拟的。工作时间长为核能电池带来了其他电池无法望其项背的优势。在许多情况下，电池和设备必须是一次性的，根本不容更换，例如深海传感器、太空探测器以及一些植入人体内的医疗装置等。科学家们认为，微型核能电池潜在工作时间可达几百年甚至更长。

微型核能电池虽然有不少优势，但它们还无法向普通化学电池那样在我们的日常生活中得到普遍的应用，这是因为还有些关键性问题不得不解决，如核能电池的体积总是过大，而减小体积电量又太小，要解决这类问题，科学家们必须拿出巧妙的办法来。

电量小是因为硅芯片产生电流的面积小，而加大面积又会使电池变得过大，解决这个问题的途径可以是寻找新的更有效率的材料，但美国罗彻斯特大学的研究小组则青睐于另外一种方法。他们意识到，在自然衰变中发出的放射性同位素，例如氚(氢的一种同位素)，有一半并没有被硅捕捉到，这种情况有点类似于太阳发出的光子绝大部分都散发到宇宙中去了，而我们地球接收到的只是其中极小一部分一样。于是，他们决定想办法让硅捕获更多的粒子，方法是在硅上面弄出许多坑来，从而在有限的平面上获得更大的表面积。

科学家形容说，这些坑就好像是一些深井，而放射性的氚气则会充斥于这些深井中，如此一来，产生电流的面积便可以成倍地增加了。不过这些“深井”其实小得令人难以置信，“井口”宽约1微米，深约40微米，要挖这样的井，需有赖于一种名为“蚀刻”的技术。科学家说，他们用这种方法使电量提高了10倍，而一种更先进的“挖井”方法还将会使电量提高160倍。

不过提高核能电池的效率，缩小电池体积的目标并非仅靠“挖井”一种方法就可以完全达到，在过去的很长时间里，人们主要使用硅半导体作为芯片的材料，而美国这家公司新推出的“微核”则使用了碳化硅，其芯片很小，而抵抗放射性损害的能力则更强；他们还在试验用叠放芯片的方法提高电量，据说这样产生的电流可以达到1微瓦或者百万分之一瓦；他们的另一个举措是尝试用新的放射性同位素，例如钷-147，据说这种同位素能为未来的核能电池提供更多的能量。至于密苏里大学，他们的创新之处在于使用了液体芯片，这也使得芯片的内部结构更不容易因粒子衰变而受到破坏了。