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锂离子电池充电线路设计的要求

锂离子电池的充电程序:涓流充电<250MA左右,逐级缓慢增加,约3分钟,给电池适应过程>→恒流充电<约700MA,充电的主要过程,可完成电池容量额定值的约85%>>恒压充电<设定电压为8.50V.充电电流逐渐减小,可完成电池容量额定值的约98%>>停止充电<电流小于250MA停止充电,当充电电流下降到0.IC以下时,可以认为电池已被充满。因为不主张滑流充电所以当充电结束时,充电器必须完全关闭或断开。

要想充分利用锂离子电池容量或延长电池寿命,必须极其严格地控制充电参数。延长锂离子电池寿命的关键是合理选择充电参数,如电流、电压和温度。在充电过程中,施加电压的精度对提高电池的效率和延长电池的寿命具有非常重要的作用。超过充电终止电压将导致过充电,这在短期内会增加电池的供电量,但长期来说则会导致电池失效并产生安全问题。

锂离子电池充电线路设计

锂离子电池的充电终止电压每提高1%,电池的初始容量就会增大约5%。这种显而易见的短期增益效应会对锂离子电池的充电/放电次数产生严重的后果。过充电导致了充电次数的减少。另一方面,欠充电尽管不会产生安全问题,但会显著减小电池的容量。

在给锂离子电池充电时,电池两端的电压将会上升,而充电电流将逐渐变小。当充电电流下降到0.1C以下时,可以认为电池已被充满。因为不主张滑流充电(trickle charg)所以当充电结束时,充电器必须完全关闭或断开。一种更快的充电方法是恒流/恒压(CC/CV)充电。当开始充电时,CC/Cv 充电器首先施加一个等价于电池容量C的恒定电流。为防止在恒流充电周期中过充电,需要监视电池封装两端的电压。当电压上升到给定的终止电压时,电路切换到恒压源工作模式。即使电池封装两端的电压达到终止电压,但因为在ESR<内阻>上存在电压降,所以实际的电池电压将低于终止电压。

在恒流充电期间,电池能以接近其终止电压的高电流速率充电,应不会有任何被施加高电压和发生过充电的威险。

经恒流充电后,电池的容量将达到其额定值的约85%。在恒流周期结束后,充电器切换到恒压周期。在恒压周期,充电器通过监视充电电流来决定是否结束充电。当充电电流减小到电池的0.lC以下时充电周期结束。

保护功能包括防止过放电、过充电、过大的充/放电电流以及避免电池被施加高电压。

在电池的充电或放电期间,如果任何参数超过了特定电池设置的限制值,电芯与电池终端之间的连接将断开。

除了电子保护以外,电池还包含机械的二级过流保护器件。一种聚合物正温度系数(PPTC)过流保护器件被串联在电池封装与电芯终端之间。

当发生过流时,PPIC器件从低阻抗状态转换到高阻抗状态,从而保护了电路。器件因12R发热效应产生的热量导致它的温度上升,而上述变化正是器件温度快速增高的结果。

充电周期从插入电源变压器开始。在这个阶段,一个电流源向电池终端施加50mA电流,同时监视电压。如果电池两端的电压高于3.0V,表示电池的状况良好,那么恒流充电周期将启动。电流的幅度是电池容量的函数,这可以参考电池制造商推荐的数值。典型充电电流是1C,但一些电池需要更低的充电电流。

在恒流周期,锂离子电池被充电到容量的80-85左右。在恒流周期结束之后,恒压周期开始启动。在这个周期,电池的充电电流为lcmarger=(Vau-kl)/ESR。在充电过程中,Vcl不断升高而充电电流随之下降。当电流下降到预置的充电结束(EOC)电流以下时,充电终止。通常,推荐的EOC电流水平为0.1C、0.15C和0.2C。一旦检测到EOC电流,充电周期结束。在这时,充电器电路关闭

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