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锂电池充放电电路-锂电池过充、过放电的影响及控制方法-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2019-10-22 

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锂电池充放电电路-锂电池过充、过放电的影响及控制方法

锂电池

“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。


锂电池充放电电路要求

锂电池充放电电路要求如下:


1、锂电池的充电

根据锂电池的结构特性,最高充电终止电压应为4.2V,不能过充,否则会因正极的锂离子拿走太多,而使电池报废。其充放电要求较高,可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至 4.2V/节后转入恒压充电,当恒压充电电流降至 100mA 以内时,应停止充电。


充电电流(mA)=0.1~1.5倍电池容量(如1350mAh的电池,其充电电流可控制在135~2025mA之间)。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右,充电时间约为2~3小时。


2、锂电池的放电

因锂电池的内部结构所致,放电时锂离子不能全部移向正极,必须保留一部分锂离子在负极,以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则,电池寿命就相应缩短。


为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子,就要严格限制放电终止最低电压,也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节,最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间(小时)=电池容量/放电电流。锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的 3 倍。(如 1000mAH 电池,则放电电流应严格控制在3A以内)否则会使电池损坏。


锂电池的保护电路

两节锂电池的充放电保护电路如下图所示:


由两个场效应管和专用保护集成块S--8232 组成,过充电控制管 FET2 和过放电控制管 FET1串联于电路,由保护IC监视电池电压并进行控制,当电池电压上升至4.2V时,过充电保护管FET1截止,停止充电。为防止误动作,一般在外电路加有延时电容。


锂电池充放电电路


锂电池充放电电路-过充、过放电的影响及控制方法

(一)过充电

1、什么是过充电,对电池性能有何影响?

过充电是指电池经一定充电过程充满电后,再继续充电的行为。由于在设计时,负极容量比正极容量要高,因此,正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合。故一般情况下,电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形,漏液,等不良现象。同时,其电性能也会显着降低。


2、过充电的控制方法有哪些?

为了防止电池过充,需要对充电终点进行控制,当电池充满时,会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。一般有以下六种方法来防止电池被过充:


1. 峰值电压控制:通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点;


2. dT/dt控制:通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点;


3. T控制:电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大;


4. -V控制:当电池充满电达到一峰值电压后,电压会下降一定的值


5. 计时控制:通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制;


6. TCO控制:考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高60时应当停止充电。


(二)过放电

1、什么是过放电,对电池性能有何影响?

电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压。0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大。一般而言,过放电会使电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减。


2、正确放电方法

及时充电,防过放。普通的锂电池使用者对于过放的危害没有意识,因为通常过放没有出现过安全事故的报道。而且,有人甚至认为定期的深度放电对于电池性能的维护有好处。实则不然,因为锂电池的记忆效应可以忽略不计,不存在深度放电消除记忆效应的说法。理论上来说,锂电池深度放电总的循环寿命会更大些,但其风险是电池过度放电将导致电池电压过低,不能正常充电。两害相权取其轻,使用寿命短一点总比不能使用好。


锂电池的特点

1、具有更高的重量能量比、体积能量比;


2、电压高,单节锂电池电压为3.6V等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压;


3、自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性;


4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无需放电;


5、寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次;


6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.51倍容量的电流充电,使充电时间缩短至12小时;


7、可以随意并联使用;


8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,当代最先进的绿色电池;


9、本钱高。与其它可充电池相比,锂电池价格较贵。


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