移动设备锂离子电池的管理

2018-05-07      1193 次浏览

  锂离子电池

  放电电压:最低2.7V/cellfor钴酸锂,2.5Vfor磷酸铁锂,1.5Vfor钛酸锂;

  充电电压:典型4.2Vfor钴酸锂(4.35Vfor电解液改进型),3.6Vfor磷酸铁锂,2.7Vfor钛酸锂。

  电池结构:有三种结构,圆柱形结构、棱柱形结构和层压形结构。特性如下:

  a,由于锂碳嵌合物非常活泼,只能使用有机电解液;

  b,必须防水并气密;

  c,需使用微孔的隔离材料,来阻止锂枝晶生长,并在过热时关闭充电;

  d,电极使用金属箔,阳极为铜箔,阴极为铝箔;

  e,活性材料悬浮沉积在电极上,50~100um的厚度。

  充电方式:恒流/恒压法;充电电压(考虑了电压波动和温度波动后)一定不能超过4.2Vfor钴酸锂,过电压会导致电池加速退化,甚至引起爆炸;

  多cell串联的电池:每个cell都不能超过最高电压,所以要独立监测每个cell的状态,同时应该有多套独立的过压、过温和过电流保护电路。;对于多cell串联电池,需要cell平衡算法;充电电流应控制在1C,并且充电完成时,温度不能超过50℃!

  充电温度:环境温度应在0~45摄氏度之间,低温会引起析出锂单质,造成电池退化;高温会加速锂电解液反应,从而加速退化。

  低压充电:当cell电压低于2.9V时,应使用0.1C的涓流充电。若0.1C充了30min后,cell电压还未达到3.0V,说明cell出现了内短路,充电芯片应该报警。

  截止状态:当充电电流小于0.05C时。

  放电功率:电极上活性物质越薄,功率越大,但容量越小;磷酸铁锂和钛酸锂的放电功率更高;当温度低于0℃时,由于有机电解液的导电性能下降,电池的放电功率会严重衰退。

  电池健康:50%电量时最稳定;高电压会加速腐蚀和电解液降解;一定不能超过电池的满充电压;短时的过放不会损伤电池,但是长期低电量贮存会影响电池的放电容量;要避免高温热源,低温存放可以延长寿命;要避免不必要的充放电,不用像镍镉、镍氢电池那样满充满放。

  电池退化机制:

  a,锂碳混合物与电解液的反应:当高温、高压时,反应加剧;该反应让锂成为不溶解的混合物形式,这些物质会阻塞隔离层的微孔,降低活性物质表面的导电性,从而导致电池内阻增加;

  b,电极腐蚀:高压时,铝箔和铜箔电极易腐蚀,所以电池一般以50%的容量贮存。当电池放电电压低于2V时,会造成铜箔溶解。

  应用场景:高容量、长使用时间的场合,例如数字产品。

  发展趋势:从1990年锂离子电池推出后,容量每年都以7%的速率增长;最初的钴酸锂,到加入镍锰(成本低),再到磷酸铁锂(功率高,但能量密度只有钴酸锂的一半)。钛酸锂有更好的功率和循环寿命,但能量密度也不足。最近发展的硅负极电池,可以提升30%的能量密度,但循环寿命差;更长远的发展,是硫化锂电池和空气锂电池,硫化锂电池的能量密度很高,但循环寿命差,空气锂电池理论上的能量密度最高,但暂时实现起来还很困难。

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