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鋰離子電池充電線路設計的要求

鋰離子電池的充電程序:涓流充電<250MA左右,逐級緩慢增加,約3分鐘,給電池適應過程>→恒流充電<約700MA,充電的主要過程,可完成電池容量額定值的約85%>>恒壓充電<設定電壓為8.50V.充電電流逐漸減小,可完成電池容量額定值的約98%>>停止充電<電流小于250MA停止充電,當充電電流下降到0.IC以下時,可以認為電池已被充滿。因為不主張滑流充電所以當充電結束時,充電器必須完全關閉或斷開。

要想充分利用鋰離子電池容量或延長電池壽命,必須極其嚴格地控制充電參數。延長鋰離子電池壽命的關鍵是合理選擇充電參數,如電流、電壓和溫度。在充電過程中,施加電壓的精度對提高電池的效率和延長電池的壽命具有非常重要的作用。超過充電終止電壓將導致過充電,這在短期內會增加電池的供電量,但長期來說則會導致電池失效并產生安全問題。

鋰離子電池充電線路設計

鋰離子電池的充電終止電壓每提高1%,電池的初始容量就會增大約5%。這種顯而易見的短期增益效應會對鋰離子電池的充電/放電次數產生嚴重的后果。過充電導致了充電次數的減少。另一方面,欠充電盡管不會產生安全問題,但會顯著減小電池的容量。

在給鋰離子電池充電時,電池兩端的電壓將會上升,而充電電流將逐漸變小。當充電電流下降到0.1C以下時,可以認為電池已被充滿。因為不主張滑流充電(trickle charg)所以當充電結束時,充電器必須完全關閉或斷開。一種更快的充電方法是恒流/恒壓(CC/CV)充電。當開始充電時,CC/Cv 充電器首先施加一個等價于電池容量C的恒定電流。為防止在恒流充電周期中過充電,需要監視電池封裝兩端的電壓。當電壓上升到給定的終止電壓時,電路切換到恒壓源工作模式。即使電池封裝兩端的電壓達到終止電壓,但因為在ESR<內阻>上存在電壓降,所以實際的電池電壓將低于終止電壓。

在恒流充電期間,電池能以接近其終止電壓的高電流速率充電,應不會有任何被施加高電壓和發生過充電的威險。

經恒流充電后,電池的容量將達到其額定值的約85%。在恒流周期結束后,充電器切換到恒壓周期。在恒壓周期,充電器通過監視充電電流來決定是否結束充電。當充電電流減小到電池的0.lC以下時充電周期結束。

保護功能包括防止過放電、過充電、過大的充/放電電流以及避免電池被施加高電壓。

在電池的充電或放電期間,如果任何參數超過了特定電池設置的限制值,電芯與電池終端之間的連接將斷開。

除了電子保護以外,電池還包含機械的二級過流保護器件。一種聚合物正溫度系數(PPTC)過流保護器件被串聯在電池封裝與電芯終端之間。

當發生過流時,PPIC器件從低阻抗狀態轉換到高阻抗狀態,從而保護了電路。器件因12R發熱效應產生的熱量導致它的溫度上升,而上述變化正是器件溫度快速增高的結果。

充電周期從插入電源變壓器開始。在這個階段,一個電流源向電池終端施加50mA電流,同時監視電壓。如果電池兩端的電壓高于3.0V,表示電池的狀況良好,那么恒流充電周期將啟動。電流的幅度是電池容量的函數,這可以參考電池制造商推薦的數值。典型充電電流是1C,但一些電池需要更低的充電電流。

在恒流周期,鋰離子電池被充電到容量的80-85左右。在恒流周期結束之后,恒壓周期開始啟動。在這個周期,電池的充電電流為lcmarger=(Vau-kl)/ESR。在充電過程中,Vcl不斷升高而充電電流隨之下降。當電流下降到預置的充電結束(EOC)電流以下時,充電終止。通常,推薦的EOC電流水平為0.1C、0.15C和0.2C。一旦檢測到EOC電流,充電周期結束。在這時,充電器電路關閉

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