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锂离子电池的充/放电管理

来源:机房360 作者:路秋生 更新时间:2013-10-1 8:45:07

摘要:由于锂离子电池在能量密度方面的优势,采用锂离子电池与采用镍镉电池和镍氢电池相比,可以降低系统的复杂度和综合成本。然而,充电系统的质量对于电池的使用寿命和工作可靠性有着重要的影响。


  存放很长时间的已放电锂离子电池可能处于深放电状态(每节锂离子电池电压一般低于3V)。在这种情况下,在进行锂离子电池的完全充电过程之前需要完成一段时间的涓电流充电。

  较大的充电电流不能使锂离子电池的充电时间缩短太多。较大的充电电流能较快地达到电压峰值,但浮充需较长时间。一般而言,浮充电的时间是初始充电时间的两倍。

  锂离子电池充电采用先恒电流充电,然后再恒电压充电的方式,首先以1C或更小的恒定电流充电,直到电池电压达到充电电压限度。恒电压值一般在4.1~4.2V之间,恒电压精度须控制在±1%以内。具体数值取决于锂离子电池生产工艺以及锂离子电池的阳极材料。

  电池首选的充电方法是恒电流(或受控电流)—恒电压方法,可以分为如图3所示的涓流充电、恒流充电、恒压充电和充电终止4个阶段。

  阶段1:涓电流充电。涓电流充电用来对放电完全的电池进行充电。在电池电压低于3V左右时,电池使用最大0.1C的恒电流进行充电。

  阶段2:恒电流充电。在电池电压升到高于涓电流充电阈值之后,充电电流将升高,进行恒电流充电。恒电流充电的电流应介于0.2~1.0C之间。恒电流充电时的电流并不要求十分精确,大致恒定即可。通常在使用线性充电器时,电流随电池电压升高而升高,以最大程度降低传输晶体管中的热耗散。大于1C的恒电流充电并不会缩短整个充电周期。实际上,应当避免这一点。当以更高电流充电时,由于电极反应造成的过电压以及电池内阻的上升,电池电压会更快速地上升。恒电流充电阶段会变短,但由于恒压充电阶段的时间会相应增加,因此总的充电周期并不会缩短。

  阶段3:恒电压充电。当电池电压达到4.2V时,恒电压充电阶段开始。为了最大程度地提高性能,稳压容差应小于±1%。

  阶段4:充电终止。不同于镍或镍聚合物电池,锂离子电池不应进行涓电流充电。连续涓电流充电会导致金属锂出现极板电镀效应,这会使电池不稳定,有可能导致电池突然地快速解体。

  需要注意的关键一点是过充电会损坏锂离子电池,而准确的充电终止方法对于开发安全可靠的充电系统来说非常重要。

  常用的充电终止方法有判断是否为最小充电电流或采用定时器(或者两者结合使用)两种。最小充电电流法监视恒压充电阶段的充电电流,并在充电电流减小到0.02~0.07C的范围时终止充电。而定时器方法则从恒压充电阶段开始计时,持续充电2h后终止充电过程。对于放电完全的电池,这种充电方式大约需要2.5~3h。

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