可充电锂离子电池应用

2013年9月30日 22:28
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可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池,但它较为“娇气”,在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此,在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在1%之内,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电。

  现在手机已十分普遍,手机中一部分是镍氢电池,但灵巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池,它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。 锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻略大,其放电曲线也略有差别,一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。现在使用的大部分是4.2V的,锂离子电池的终止放电电压为2.5V~2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害。

  锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求,工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的,它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如:充4.2V的锂离子电池,其允差为±0.042V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C~1C(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA)。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止过热损坏电池或产生爆炸。

锂离子电池充电分为两个阶段:先恒流充电,到接近终止电压时改为恒压充电,这是一种800mAh容量的电池,其终止充电电压为4.2V。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近4.2V时,改成4.2V恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约80mA)时,认为接近充满,可以终止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器,过一定时间后结束充电)。 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命。

锂离子电池应用注意事项除与上述不可充电的锂电池相同外,在充电方面还应注意以下几点:

1. 锂离子电池有4.1V及4.2V终止充电的不同品种,因此在充电时注意的是4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电,否则会有过充的危险(4.1V与4.2V的充电器用的充电器IC是不同的!)。
2. 对电池充电时,其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。
3. 不能反向充电。
4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(虽然额定电压一样,都是3.6V),但充电方式不同,容易造成过充。
   在放电方面应注意以下几点:
1. 锂离子电池放电电流不能超过产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较大时,会产生较高的温度(损耗能量),减少放电时间,若电池中无保护元件会产生过热而损坏电池。
2. 不同温度下放电曲线是不同的,其放电电压及放电时间也不同。在-20℃放电时情况最差。
   在贮存方面:
1. 电池若长期贮存,要保持在50%放电态。
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
3. 要远离热源,也不要置于阳光直射的地方。

形象的工作原理比喻:

现在将锂离子电池原理和充放电机理,用生活中常见的泡沫现象来比喻。锂离子电池如同 一堆肥皂泡沫,泡内储存的就是电能。当充电时,汽泡会随着充电时间加长而不断增大,当超过其极限值时汽泡就会破裂,此时即损坏了锂电晶型,造成永久性损坏。

  当过度放电则会造成汽泡塌陷、消失,这样下次充电时汽泡也充不起来,而造成锂电失效。 如何控制汽泡不充爆和汽泡不过度塌陷?就必须要用保护电路加以严格控制。 当然,优质的电芯和精确的控制电路可大大地延长电池的使用寿命

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