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浅谈锂电池充电过程的四个阶段

来源:www.china-woodcraft.com 发布时间:2019年05月09日

今天锂电池批发就来浅谈锂电池充电过程的四个阶段。

锂电池批发

随着新能源科技的不断发展,锂离子电池目前广泛应用于各类产品,大到公交汽车、新能源汽车,电动自行车,小到家用笔记本、手机数码相机、ipad等,都离不开锂离子电池,由于其循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%,而且输出功率大,使用寿命长,不含有毒有害物质,被称为绿色电池。然而锂离子电池在使用过程中的一个重要问题就是安全问题,一旦使用不当,轻者影响电池性能和寿命,严重的可引起电池燃烧、爆炸,为此在生产过程中对电池增加防护措施时必不可少的。

锂离子电池保护板就是防止锂离电池在使用过程中出现的一些违规操作而破坏电池正常功能的一种产品,其本质是一块带有保护芯片的PCB板,板上一般设有B+、B1、B2…Bn、B-,P+、P-、CH-等基本功率输入输出端以及TH、ID等信息读取端,B+、B1、B2…Bn、B-和电芯的输出端直接相连,P+、P-、CH-和负载相连。在实际生产锂离电池过程中,为了保证成品锂电池的产品质量,检测部门必须对新进的保护板进行功能测试。

电池的正确充电方法

锂离子电池的使用大家分三点来谈:

1、如何为新电池充电

在使用锂电池中应注意的是,电池放置一段时间后则进入休眠状态,此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活,只要经过3—5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应。因此用户手机中的新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。不仅理论上是如此,从我自己的实践来看,从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是最好的。对于锂电池的“激活”问题,众多的说法是:充电时间一定要超过12小时,反复做三次,以便激活电池。

这种“前三次充电要充12小时以上”的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法,可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别,而且可以非常明确的告诉大家,我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电,特别是不要进行超过12个小时的超长充电。通常,手机说明书上先容的充电方法,就是适合该手机的标准充电方法。

此外,锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。而大家谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是大家反对长充电的另一个理由。此外在对某些手机上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池和手机/充电器的寿命而言是不利的。

同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以我国电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。前面已经说过,锂电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。此外,不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电,过放电对锂电池同样也很不利。这就引出下面的问题。

2、正常使用中应该何时开始充电

在大家的论坛上,经常可以见到这种说法,因为充放电的次数是有限的,所以应该将手机电池的电尽可能用光再充电。但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表,关于循环寿命的数据列出如下:

循环寿命 (10%DOD):》1000次

循环寿命 (100%DOD):》200次

其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有关,10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要比较好一些,但前面网友的那个说法要做一些修正:在正常情况下,你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电,但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。

而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命,也就是“0.x”次而已,而且往往这个x会很小。电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传甚广的一个说法,就是“尽量把手机电池的电量用完,最好用到自动关机”。

这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应发生,不幸的是它也在锂电池上流传之今。曾经有人因为手机电池电量过低的警告出现后,仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的手机在后来的充电及开机中均无反应,不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低,以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。

3、对锂电池手机的正确做法

归结起来,我对锂电池手机在使用中的充放电问题最重要的提示是:

1、按照标准的时间和程序充电,即使是前三次也要如此进行;

2、当出现手机电量过低提示时,应该尽量及时开始充电;

3、锂电池的激活并不需要特别的方法,在手机正常使用中锂电池会自然激活。如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法,实际上也不会有效果。因此,所有追求12小时超长充电和把锂电池手机用到自动关机的做法,都是错误的。如果你以前是按照错误的说法做的,请你及时改正,也许为时还不晚。当然,在手机及充电器自身保护和控制电路质量良好的情况下,对锂电池的保护还是有相当保证的。所以对充电规则的理解才是重点,在某些情况下也是可以做出某种让步的。

比如你发现手机在你夜晚睡觉前必须充电的话,你也可以在睡前开始充电。问题的关键在于,你应该知道正确的做法是什么,并且不要刻意按照错误的说法去做。

锂电池充电过程的四个阶段

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,定义如下:

I=M&TImes;Cn

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,如果标称容量是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恒流放电时能够提供5小时的工作时间。理论上该电池在1000mA恒流放电时能够提供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。

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增加,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连续涓流充电。连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定时器(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需要2.5至3小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如如果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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