鋰電池充放電電路-鋰電池過充、過放電的影響及控制方法

鋰電池

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。

鋰電池充放電電路要求

鋰電池充放電電路要求如下：

1、鋰電池的充電

根據(jù)鋰電池的結(jié)構(gòu)特性，最高充電終止電壓應(yīng)為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子拿走太多，而使電池報廢。其充放電要求較高，可采用專用的恒流、恒壓充電器進(jìn)行充電。通常恒流充電至 4.2V/節(jié)后轉(zhuǎn)入恒壓充電，當(dāng)恒壓充電電流降至 100mA 以內(nèi)時，應(yīng)停止充電。

充電電流（mA）=0.1～1.5倍電池容量（如1350mAh的電池，其充電電流可控制在135～2025mA之間）。常規(guī)充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時間約為2～3小時。

2、鋰電池的放電

因鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所致，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命就相應(yīng)縮短。

為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。放電終止電壓通常為3.0V/節(jié)，最低不能低于2.5V/節(jié)。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。電池放電時間（小時）=電池容量/放電電流。鋰電池放電電流(mA)不應(yīng)超過電池容量的 3 倍。（如 1000mAH 電池，則放電電流應(yīng)嚴(yán)格控制在3A以內(nèi)）否則會使電池?fù)p壞。

鋰電池的保護(hù)電路

兩節(jié)鋰電池的充放電保護(hù)電路如下圖所示：

由兩個場效應(yīng)管和專用保護(hù)集成塊S--8232 組成，過充電控制管 FET2 和過放電控制管 FET1串聯(lián)于電路，由保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓并進(jìn)行控制，當(dāng)電池電壓上升至4.2V時，過充電保護(hù)管FET1截止，停止充電。為防止誤動作，一般在外電路加有延時電容。

鋰電池充放電電路-過充、過放電的影響及控制方法

（一）過充電

1、什么是過充電，對電池性能有何影響?

過充電是指電池經(jīng)一定充電過程充滿電后，再繼續(xù)充電的行為。由于在設(shè)計時，負(fù)極容量比正極容量要高，因此，正極產(chǎn)生的氣體透過隔膜紙與負(fù)極產(chǎn)生的鎘復(fù)合。故一般情況下，電池的內(nèi)壓不會有明顯升高，但如果充電電流過大，或充電時間過長，產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形，漏液，等不良現(xiàn)象。同時，其電性能也會顯著降低。

2、過充電的控制方法有哪些?

為了防止電池過充，需要對充電終點(diǎn)進(jìn)行控制，當(dāng)電池充滿時，會有一些特別的信息可利用來判斷充電是否達(dá)到終點(diǎn)。一般有以下六種方法來防止電池被過充：

1. 峰值電壓控制:通過檢測電池的峰值電壓來判斷充電的終點(diǎn);

2. dT/dt控制:通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點(diǎn);

3. T控制:電池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之差會達(dá)到最大;

4. -V控制:當(dāng)電池充滿電達(dá)到一峰值電壓后,電壓會下降一定的值

5. 計時控制:通過設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點(diǎn),一般設(shè)定要充進(jìn)130%標(biāo)稱容量所需的時間來控制;

6. TCO控制:考慮電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫(高溫電池除外)充電,因此當(dāng)電池溫度升高60時應(yīng)當(dāng)停止充電。

（二）過放電

1、什么是過放電，對電池性能有何影響?

電池放完內(nèi)部儲存的電量，電壓達(dá)到一定值后，繼續(xù)放電就會造成過放電，通常根據(jù)放電電流來確定放電截止電壓。0.2C-2C放電一般設(shè)定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放電設(shè)定為0.8V/支,電池過放可能會給電池帶來災(zāi)難性的后果,特別是大電流過放，或反復(fù)過放對電池影響更大。一般而言，過放電會使電池內(nèi)壓升高，正負(fù)極活性物質(zhì)可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)，容量也會有明顯衰減。

2、正確放電方法

及時充電，防過放。普通的鋰電池使用者對于過放的危害沒有意識，因為通常過放沒有出現(xiàn)過安全事故的報道。而且，有人甚至認(rèn)為定期的深度放電對于電池性能的維護(hù)有好處。實則不然，因為鋰電池的記憶效應(yīng)可以忽略不計，不存在深度放電消除記憶效應(yīng)的說法。理論上來說，鋰電池深度放電總的循環(huán)壽命會更大些，但其風(fēng)險是電池過度放電將導(dǎo)致電池電壓過低，不能正常充電。兩害相權(quán)取其輕，使用壽命短一點(diǎn)總比不能使用好。

鋰電池的特點(diǎn)

1、具有更高的重量能量比、體積能量比；

2、電壓高，單節(jié)鋰電池電壓為3.6V等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓；

3、自放電小可長時間存放，這是該電池最突出的優(yōu)越性；

4、無記憶效應(yīng)。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應(yīng)，所以鋰電池充電前無需放電；

5、壽命長。正常工作條件下，鋰電池充/放電循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)大于500次；

6、可以快速充電。鋰電池通常可以采用0.51倍容量的電流充電，使充電時間縮短至12小時；

7、可以隨意并聯(lián)使用；

8、由于電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環(huán)境無污染，當(dāng)代最先進(jìn)的綠色電池；

9、本錢高。與其它可充電池相比，鋰電池價格較貴。

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