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  • 鋰電池充放電電路-鋰電池過充過放電的影響與控制方法
    • 發(fā)布時間:2019-11-01 17:58:22
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    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
    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。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;
    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;
    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,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,使用壽命短一點總比不能使用好。
    鋰電池的特點
    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??梢圆捎?.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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