鋰電池充放電電路-鋰電池過(guò)充、過(guò)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(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)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(duì)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(guò)充，否則會(huì)因正極的鋰離子拿走太多，而使電池報(bào)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(shí)，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(shí)間約為2～3小時(shí)。

2、鋰電池的放電

因鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所致，放電時(shí)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(shí)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(shuō)鋰電池不能過(guò)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(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。電池放電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量/放電電流。鋰電池放電電流(mA)不應(yīng)超過(guò)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(huì)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(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和專用保護(hù)集成塊S--8232 組成，過(guò)充電控制管 FET2 和過(guò)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(shí)，過(guò)充電保護(hù)管FET1截止，停止充電。為防止誤動(dòng)作，一般在外電路加有延時(shí)電容。

鋰電池充放電電路-過(guò)充、過(guò)放電的影響及控制方法

（一）過(guò)充電

1、什么是過(guò)充電，對(duì)電池性能有何影響?

過(guò)充電是指電池經(jīng)一定充電過(guò)程充滿電后，再繼續(xù)充電的行為。由于在設(shè)計(jì)時(shí)，負(fù)極容量比正極容量要高，因此，正極產(chǎn)生的氣體透過(guò)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(huì)有明顯升高，但如果充電電流過(guò)大，或充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生的氧氣來(lái)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(shí)，其電性能也會(huì)顯著降低。

2、過(guò)充電的控制方法有哪些?

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

1. 峰值電壓控制:通過(guò)檢測(cè)電池的峰值電壓來(lái)判斷充電的終點(diǎn);

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

3. T控制:電池充滿電時(shí)溫度與環(huán)境溫度之差會(huì)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(huì)下降一定的值

5. 計(jì)時(shí)控制:通過(guò)設(shè)置一定的充電時(shí)間來(lái)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(shí)間來(lái)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(shí)應(yīng)當(dāng)停止充電。

（二）過(guò)放電

1、什么是過(guò)放電，對(duì)電池性能有何影響?

電池放完內(nèi)部?jī)?chǔ)存的電量，電壓達(dá)到一定值后，繼續(xù)放電就會(huì)造成過(guò)放電，通常根據(jù)放電電流來(lái)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(guò)放可能會(huì)給電池帶來(lái)災(zāi)難性的后果,特別是大電流過(guò)放，或反復(fù)過(guò)放對(duì)電池影響更大。一般而言，過(guò)放電會(huì)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(huì)有明顯衰減。

2、正確放電方法

及時(shí)充電，防過(guò)放。普通的鋰電池使用者對(duì)于過(guò)放的危害沒(méi)有意識(shí)，因?yàn)橥ǔ＿^(guò)放沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)安全事故的報(bào)道。而且，有人甚至認(rèn)為定期的深度放電對(duì)于電池性能的維護(hù)有好處。實(shí)則不然，因?yàn)殇囯姵氐挠洃浶?yīng)可以忽略不計(jì)，不存在深度放電消除記憶效應(yīng)的說(shuō)法。理論上來(lái)說(shuō)，鋰電池深度放電總的循環(huán)壽命會(huì)更大些，但其風(fēng)險(xiǎn)是電池過(guò)度放電將導(dǎo)致電池電壓過(guò)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(zhǎng)時(shí)間存放，這是該電池最突出的優(yōu)越性；

4、無(wú)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(wú)需放電；

5、壽命長(zhǎng)。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(shí)間縮短至12小時(shí)；

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(duì)環(huán)境無(wú)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(jià)格較貴。

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