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鋰電池基礎知識大全

來源︰   發布時間︰2018-12-25   點擊量︰661

1.鋰電池基礎

鋰電池是可充電電池,一般的鋰電池充滿電是4.2V也有其它電壓的電池。鋰電池容量是xxxmAh ,比如1000mAh ,即1000mA的供電電流可以用1小時。500mA供電能用2小時。依此類推。


2.鋰電池的壽命和充電方式

鋰電池的壽命是指完全充滿放光的次數限制。充電方式︰快充,慢充,涓流充電,恆流充電等。


3.鋰電池電路設計的注意問題︰

鋰電池過充,過放電都會影響電池的壽命。

注意鋰電池的充電電壓,充電電流。然後選取合適的充電芯片。

注意要防止鋰電池的過充,過放,短路保護等問題。

設計過後要經過大量的測試。

4.鋰電池充電電路的設計

這里選擇了芯片TP4056為例子。根據所接電阻不同可以控制充電最大電流。可以設計充電指示燈,可以設計充電溫度即多少到多少度之間進行充電。


充電保護電路,選擇芯片DW01 和GTT8205的組合,可以做到短路保護,過充過放電的保護。


該電路主要由鋰電池保護專用集成電路DW01,充、放電控制MOSFET1(內含兩只N溝道MOSFET)等部分組成,單體鋰電池接在B+和B-之間,電池組從P+和P-輸出電壓。充電時,充電器輸出電壓接在P+和P-之間,電流從P+到單體電池的B+和B-,再經過充電控制MOSFET到P-。在充電過程中,當單體電池的電壓超過4.35V時,專用集成電路DW01的OC腳輸出信號使充電控制MOSFET關斷,鋰電池立即停止充電,從而防止鋰電池因過充電而損壞。放電過程中,當單體電池的電壓降到2.30V時,DW01的OD腳輸出信號使放電控制MOSFET關斷,鋰電池立即停止放電,從而防止鋰電池因過放電而損壞,DW01的CS腳為電流檢測腳,輸出短路時,充放電控制MOSFET的導通壓降劇增,CS腳電壓迅速升高,DW01輸出信號使充放電控制MOSFET迅速關斷,從而實現過電流或短路保護。

5. 鋰電池的優勢是什麼?

1. 高的能量密度
2. 高的工作電壓
3. 無記憶效應
4. 循環壽命長
5. 無污染
6. 重量輕
7. 自放電小

6.鋰聚合物電池具有哪些優點?

1. 無電池漏液問題,其電池內部不含液態電解液,使用膠態的固體。
2. 可制成薄型電池︰以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。
3. 電池可設計成多種形狀。
4. 電池可彎曲變形︰高分子電池最大可彎曲900左右。
5. 可制成單顆高電壓︰液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓,高分子電池由于本身無液體,可在單顆內做成多層組合來達到高電壓。
6. 容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍

7.IEC規定鋰電池標準循環壽命測試?

電池以0.2C放至3.0V之後,1C恆流恆壓充電到4.2V截止電流20mA擱置1小時,再以0.2C放電至3.0V(一個循環)反復循環500次後容量應在初容量的60%以上國家標準規定鋰電池的標準荷電保持測試為(IEC無相關標準)電池在25攝氏度條件下以0.2C放至3.0/支後,以1C恆流恆壓充電到4.2V,截止電流10mA,在溫度為20+_5下儲存28天後,再以0.2C放電至2.75V計算放電容量。

8.什麼是二次電池的自放電不同類型, 電池的自放電率是多少?

自放電又稱荷電保持能力,它是指在開路狀態下,電池儲存的電量在一定環境條件下的保持能力。一般而言,自放電主要受制造工藝,材料,儲存條件的影響自放電是衡量電池性能的主要參數之一。一般而言,電池儲存溫度越低,自放電率也越低,但也應注意溫度過低或過高均有可能造成電池損壞無法使用,BYD常規電池要求儲存溫度範圍為-20~45。電池充滿電開路擱置一段時間後,一定程度的自放電屬于正常現象。
IEC標準規定鎳鎘及鎳氫電池充滿電後,在溫度為20度濕度為65%條件下,開路擱置28天,0.2C放電時間分別大于3小時和3小時15分即為達標。與其它充電電池系統相比,含液體電解液太陽能電池的自放電率明顯要低,在25下大約為10%/月。

9.什麼是電池的內阻怎樣測量?

電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,一般分為交流內阻和直流內阻,由于充電電池內阻很小,測直流內阻時由于電極容量極化,產生極化內阻,故無法測出其真實值,而測其交流內阻可免除極化內阻的影響,得出真實的內值.交流內阻測試方法為:利用電池等效于一個有源電阻的特點,給電池一個1000HZ,50mA的恆定電流,對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值.


10.什麼是電池的內壓,電池正常內壓一般為多少?

電池的內壓是由于充放電過程中產生的氣體所形成的壓力.主要受電池材料制造工藝,結構等使用過程因素影響.一般電池內壓均維持在正常水平,在過充或過放情況下,電池內壓有可能會升高:如果復合反應的速度低于分解反應的速度,產生的氣體來不及被消耗掉,就會造成電池內壓升高.

11.什麼是內壓測試?

鋰電池內壓測試為:(UL標準)模擬電池在海拔高度為15240m的高空(低氣壓11.6kPa),檢驗電池是否漏液或發鼓。具體步驟:將電池1C充電恆流恆壓充電到4.2V,截止電流10mA ,然後將其放在氣壓為11.6Kpa,溫度為(20+_3)的低壓箱中儲存6小時,電池不會爆炸,起火,裂口,漏液.

12.環境溫度對電池性能有何影響?

在所有的環境因素中,溫度對電池的充放電性能影響最大,在電極/電解液界面上的電化學反應與環境溫度有關,電極/電解液界面被視為電池的心髒。如果溫度下降,電極的反應率也下降,假設電池電壓保持恆定,放電電流降低,電池的功率輸出也會下降。如果溫度上升則相反,即電池輸出功率會上升,溫度也影響電解液的傳送速度溫度上升則加快,傳送溫度下降,傳送減慢,電池充放電性能也會受到影響。但溫度太高,超過45,會破壞電池內的化學平衡,導致副反應


13.過充電的控制方法有哪些?

為了防止電池過充,需要對充電終點進行控制,當電池充滿時,會有一些特別的信息可利用來判斷充電是否達到終點。一般有以下六種方法來防止電池被過充︰
1.峰值電壓控制:通過檢測電池的峰值電壓來判斷充電的終點;
2.dT/dt控制:通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點;
3.T控制:電池充滿電時溫度與環境溫度之差會達到最大;
4.-V控制:當電池充滿電達到一峰值電壓後,電壓會下降一定的值

5.
計時控制:通過設置一定的充電時間來控制充電終點,一般設定要充進130%標稱容量所需的時間來控制;
6.TCO
控制:考慮電池的安全和特性應當避免高溫(高溫電池除外)充電,因此當電池溫度升高60時應當停止充電。


14.什麼是過充電,對電池性能有何影響?

過充電是指電池經一定充電過程充滿電後,再繼續充電的行為。由于在設計時,負極容量比正極容量要高,因此,正極產生的氣體透過隔膜紙與負極產生的鎘復合。故一般情況下,電池的內壓不會有明顯升高,但如果充電電流過大,或充電時間過長,產生的氧氣來不及被消耗,就可能造成內壓升高,電池變形,漏液,等不良現象。同時,其電性能也會顯著降低。

15.什麼是過放電,對電池性能有何影響?

電池放完內部儲存的電量,電壓達到一定值後,繼續放電就會造成過放電,通常根據放電電流來確定放電截止電壓。
0.2C-2C放電一般設定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放電設定為0.8V/支,電池過放可能會給電池帶來災難性的後果,特別是大電流過放,或反復過放對電池影響更大。一般而言,過放電會使電池內壓升高,正負極活性物質可逆性受到破壞,即使充電也只能部分恢復,容量也會有明顯衰減。

16.不同容量的電池組合在一起使用會出現什麼問題?

如果將不同容量或新舊電池混在一起使用,有可能出現漏液,零電壓等現象。這是由于充電過程中,容量差異導致充電時有些電池被過充,有些電池未充滿電,放電時有容量高的電池未放完電,而容量低的則被過放。如此惡性循環,電池受到損害而漏液或低(零)電壓。
什麼是電池的爆炸怎樣預防電池爆炸?電池內的任何部分的固態物質瞬間排出,被推至離電池25cm以上的距離,稱為爆炸。判別電池爆炸與否,采用下述條件實驗。將一網罩住實驗電池,電池居于正中,距網罩任何一邊為25cm。網的密度為6-7根/cm,網線采用直徑為0.25mm的軟鋁線,如果實驗無固體部分通過網罩,證明該電池未發生爆炸。

17.鋰電池串聯問題

由于電池在生產過程中,從涂膜開始到成為成品要經過很多道工序。即使經過嚴格的檢測程序,使每組電源的電壓、電阻、容量一致,但使用一段時間,也會產生這樣或那樣的差異。如同一位母親生的雙胞胎,剛生下時可能長得一模一樣,做為母親都很難分辨。然而,在兩個孩子不斷成長時,就會產生這樣或那樣的差異鋰動力電池也是這樣。使用一段時間產生差異後,采用整體電壓控制的方式是難以適用于鋰動力電池的,如一個36V的電池堆,必須用10只電池串聯。整體的充電控制電壓是42V,而放電控制電壓是26V。用整體電壓控制方式,初始使用階段由于電池一致性特別好,也許不會出現什麼問題。在使用一段時間以後電池內阻和電壓產生波動,形成不一致的狀態,(不一致是絕對的,一致性是相對的)這種時候仍然使用整體電壓控制是不能達到其目的的。例如10只電池放電時其中兩只電池的電壓在2.8V,四只電池的電壓是3.2V,四只是3.4V,現在的整體電壓是32V,我們讓它繼續放電一直工作到26V。這樣,那兩只2.8V的電池就低于2.6V 處于了過放狀態。鋰電池幾次過放就等于報廢。反之,用整體電壓控制充電的方式進行充電,也會出現過充的狀況。比如用上述10只電池當時的電壓狀態進行充電。整體電壓達到42V時,那兩只2.8V的電池處于"饑餓"的狀態,而迅速吸收電量,就會超過4.2V,而過充的超過4.2V的電池,不僅由于電壓過高產生報廢,甚至還會發生危險,這就是鋰動力電池的特性。

18.不可充電的鋰電池

不可充電的鋰電池有多種,目前常用的有鋰-二氧化錳電池、鋰—亞硫 氯電池及鋰和其它化合物電池。本文僅介紹前兩種最常用的。

1、鋰-二氧化錳電池(Li MnO2)鋰-二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極,並采用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高,額定電壓為3V(是一般堿性電池的2 倍);終止放電電壓為2V;比能量大(見上面舉的例子);放電電壓穩定可靠;有較好的儲存性能(儲存時間3年以上)、自放電率低(年自放電率≦2%);工作溫度範圍-20℃∼+60℃。該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求,它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸。這里列舉大家較熟悉的1#(尺寸代碼D)、2#(尺寸代碼C)及5#(尺寸代碼AA)電池的主要參數。
CR表示為圓柱形鋰-二氧化錳電池;五位數字中,前兩位表示電池的直徑,後三位表示帶一位小數的高度。例如,CR14505,其直徑為14mm,高度為50 5mm(這種型號是通用的)。這里要指出的是不同工廠生產的同型號的電池其參數可能有些差別。另外,標準放電電流值是較小的,實際放電電流可以大于標準放電電流,並且連續放電及脈沖放電的允許放電電流也不同,由電池廠提供有關數據。例如,力興電源公司生產的CR14505給出最大連續放電電流為1000mA,最大脈沖放電電流可達 2500mA。照相機中用的鋰電池多半是鋰-二氧化錳電池。這里將照相機中常用的鋰-二氧化錳電池列入表2,供參考。紐扣式(扣式)電池尺寸較小,其直徑為12 5∼24 5mm,高度為1 6∼5 0mm。幾種較常用的扣式電池如表3所示。
CR為圓柱形鋰-二氧化錳電池,後四位數字中前兩位為電池的直徑尺寸,後兩位為帶小數點的高度尺寸。例如,CR1220的直徑為12 5mm(不包括小數點後的數),其高度為2 0mm。這種型號表示方法是國際通用的。這種扣式電池常用于時鐘、計算器、電子記事本、照相機、助听器、電子游戲機、IC卡、備用電源等。


2、鋰-亞硫 氯電池(Li SOCl2)鋰-亞硫 氯電池是比能量最高的一種,目前可達到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的額定電壓是3 6V,以中等電流放電時具有極其平坦的 3 4V放電特性(可在90%容量範圍內平坦地放電,保持不大的變化)。電池可以在-40℃∼+85℃範圍內工作,但在-40℃時的容量約為常溫容量的 50%。自放電率低(年自放電率≦1%)、儲存壽命長達10年以上。以1#(尺寸代碼D)鎳鎘電池與1#鋰-亞硫 氯電池的比能量作一個比較︰1#鎳鎘電池的額定電壓為1 2V,容量為5000mAh;1#鋰-亞硫 氯的額定電壓為3 6V,容量為10000mAh,則後者的比能量比前者大6倍!應用注意事項上述兩種鋰電池是一次性電池,不可充電(充電時有危險!);電池正負極之間不可短路;不可以過大電流放電(超過最大放電電流放電);電池使用至終止放電電壓時,應從電子產品中及時取出;用完的電池不可擠壓、焚燒及拆卸;不可超過規定溫度範圍使用。由于鋰電池的電壓高于普通電池或鎳鎘電池,使用時不要搞錯以免損壞電路。通過熟悉型號中的CR、ER就可以知道它的種類及額定電壓。在購買新電池時,一定要按原來的型號來買,否則會影響電子產品性能。

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