锂离子电池的线性和开关式充电解决方法

2020-06-01      1372 次浏览

锂离子充电


充电或放电速率通常根据电池容量来表示。这一速度称为C速率。C速率等于特定条件下的充电或放电电流,含义如下:


I=MCn


其中:


I=充电或放电电流,A


M=C的倍数或分数


C=额定容量的数值,Ah


N=小时数(对应于C)。


以1倍C速率放电的电池将在一个小时内释放标称的额定容量。例如,假如标称容量是1000mAhr,那么1C的放电速率对应于1000mA的放电电流,C/10的速率对应100mA的放电电流。


通常生产商标定的电池容量都是指n=5时,即5小时放电的容量。例如,上述电池在200mA恒流放电时能够供应5小时的工作时间。理论上该电池在1000mA恒流放电时能够供应1小时的工作时间。然而实际上由于大电池放电时效能降低,此时的工作时间将小于1小时。


那么怎么样才能正确地为锂离子电池充电呢?锂离子电池最适合的充电过程可以分为四个阶段:涓流充电、恒流充电、恒压充电以及充电终止。参考图1。


阶段1:涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时,先采用最大0.1C的恒定电流对电池进行充电。


阶段2:恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至1.0C之间。恒流充电时的电流并不要求十分精确,准恒定电流也可以。在线性充电器设计中,电流经常随着电池电压的上升而上升,以尽量减轻传输晶体管上的散热问题。


大于1C的恒流充电并不会缩短整个充电周期时间,因此这种做法不可取。当以更高电流充电时,由于电极反应的过压以及电池内部阻抗上的电压上升,电池电压会更快速地上升。恒流充电阶段会变短,但由于下面恒压充电阶段的时间会相应新增,因此总的充电周期时间并不会缩短。


阶段3:恒压充电——当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。为使性能达到最佳,稳压容差应当优于+1%。


阶段4:充电终止——与镍电池不同,并不建议对锂离子电池持续涓流充电。持续涓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,并且有可能导致突然的自动快速解体。


有两种典型的充电终止方法:采用最小充电电流判断或采用按时器(或者两者的结合)。最小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0.02C至0.07C范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时,持续充电两个小时后终止充电过程。


上述四阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约要2.5至3小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如假如电池温度超出指定窗口(通常为0℃至45℃),那么充电会暂停。

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