鋰電池過充電、過放電、短路保護電路詳解

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(nèi)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(jīng)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(guān)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(guān)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(guān)斷，從而實現(xiàn)過電流或短路保護。

二次鋰電池的優(yōu)勢是什么?

1. 高的能量密度

2. 高的工作電壓

3. 無記憶效應

4. 循環(huán)壽命長

5. 無污染

6. 重量輕

7. 自放電小

鋰聚合物電池具有哪些優(yōu)點?

1. 無電池漏液問題,其電池內(nèi)部不含液態(tài)電解液,使用膠態(tài)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(shè)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(tài)電解質(zhì)的電池僅能以數(shù)顆電池串聯(lián)得到高電壓，高分子電池由于本身無液體，可在單顆內(nèi)做成多層組合來達到高電壓。

7. 容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍

IEC規(guī)定鋰電池標準循環(huán)壽命測試為:

電池以0.2C放至3.0V/支后

1. 1C恒流恒壓充電到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(huán))

反復循環(huán)500次后容量應在初容量的60%以上

國家標準規(guī)定鋰電池的標準荷電保持測試為(IEC無相關(guān)標準).

電池在25攝氏度條件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,在溫度為20+_5下儲存28天后,再以0.2C放電至2.75V計算放電容量

什么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(tài)下，電池儲存的電量在一定環(huán)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(shù)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(guī)電池要求儲存溫度范圍為-20~45。電池充滿電開路擱置一段時間后，一定程度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。IEC標準規(guī)定鎳鎘及鎳氫電池充滿電后，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(tǒng)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。

什么是電池的內(nèi)阻怎樣測量?

電池的內(nèi)阻是指電池在工作時,電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力,一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻,由于充電電池內(nèi)阻很小,測直流內(nèi)阻時由于電極容量極化,產(chǎn)生極化內(nèi)阻,故無法測出其真實值,而測其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響,得出真實的內(nèi)值.

交流內(nèi)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的恒定電流,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.

什么是電池的內(nèi)壓電池正常內(nèi)壓一般為多少?

電池的內(nèi)壓是由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力.主要受電池材料制造工藝,結(jié)構(gòu)等使用過程因素影響.一般電池內(nèi)壓均維持在正常水平,在過充或過放情況下,電池內(nèi)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(chǎn)生的氣體來不及被消耗掉,就會造成電池內(nèi)壓升高.

什么是內(nèi)壓測試?

鋰電池內(nèi)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)下,檢驗電池是否漏液或發(fā)鼓.

具體步驟:將電池1C充電恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA ,然后將其放在氣壓為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.

環(huán)境溫度對電池性能有何影響?

在所有的環(huán)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(huán)境溫度有關(guān)，電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降，電極的反應率也下降，假設(shè)電池電壓保持恒定，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(nèi)的化學平衡，導致副反應

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(huán)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后,電壓會下降一定的值

5. 計時控制:通過設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點,一般設(shè)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。

什么是過充電，對電池性能有何影響?

過充電是指電池經(jīng)一定充電過程充滿電后，再繼續(xù)充電的行為。

由于在設(shè)計時，負極容量比正極容量要高，因此，正極產(chǎn)生的氣體透過隔膜紙與負極產(chǎn)生的鎘復合。故一般情況下，電池的內(nèi)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(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形，漏液，等不良現(xiàn)象。同時，其電性能也會顯著降低。

什么是過放電，對電池性能有何影響?

電池放完內(nèi)部儲存的電量，電壓達到一定值后，繼續(xù)放電就會造成過放電，通常根據(jù)放電電流來確定放電截止電壓。0.2C-2C放電一般設(shè)定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放電設(shè)定為0.8V/支,電池過放可能會給電池帶來災難性的后果,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(nèi)壓升高，正負極活性物質(zhì)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。

不同容量的電池組合在一起使用會出現(xiàn)什么問題?

如果將不同容量或新舊電池混在一起使用,有可能出現(xiàn)漏液,零電壓等現(xiàn)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(huán)，電池受到損害而漏液或低(零)電壓。

什么是電池的爆炸怎樣預防電池爆炸?電池內(nèi)的任何部分的固態(tài)物質(zhì)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(wǎng)罩住實驗電池，電池居于正中，距網(wǎng)罩任何一邊為25cm。網(wǎng)的密度為6-7根/cm，網(wǎng)線采用直徑為0.25mm的軟鋁線，如果實驗無固體部分通過網(wǎng)罩，證明該電池未發(fā)生爆炸。

鋰電池串聯(lián)問題

由于電池在生產(chǎn)過程中，從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過很多道工序。即使經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生差異后，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(lián)。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(xiàn)什么問題。在使用一段時間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動，形成不一致的狀態(tài)，(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(xiàn)在的整體電壓是32V，我們讓它繼續(xù)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(tài)。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(xiàn)過充的狀況。比如用上述10只電池當時的電壓狀態(tài)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(tài)，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(chǎn)生報廢，甚至還會發(fā)生危險，這就是鋰動力電池的特性。

鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān)：陽極材料為石墨的4.2V;陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽極的內(nèi)阻略大，其放電曲線也略有差別，如圖1所示。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。現(xiàn)在使用的大部分是4.2V的，鋰離子電池的終止放電電壓為 2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數(shù)略有不同)。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放，過放對電池會有損害。

便攜式電子產(chǎn)品以電池作為電源。隨著便攜式產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，各種電池的用量大增，并且開發(fā)出許多新型電池。除大家較熟悉的高性能堿性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來開發(fā)的鋰電池。本文主要介紹有關(guān)鋰電池的基本知識。這包括它的特性、主要參數(shù)、型號的意義、應用范圍及使用注意事項等。

鋰是一種金屬元素，其化學符號為Li(其英文名為lithium)，是一種銀白色、十分柔軟、化學性能活潑的金屬，在金屬中是最輕的。它除了應用于原子能工業(yè)外，可制造特種合金、特種玻璃(電視機上用的熒光屏玻璃)及鋰電池。在鋰電池中它用作電池的陽極。

鋰電池也分成兩大類：不可充電的及可充電的兩類。不可充電的電池稱為一次性電池，它只能將化學能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原回化學能(或者還原性能極差)。而可充電的電池稱為二次性電池(也稱為蓄電池)。它能將電能轉(zhuǎn)變成化學能儲存起來，在使用時，再將化學能轉(zhuǎn)換成電能，它是可逆的，如電能化學能鋰電池的主要特點。

靈巧型便攜式電子產(chǎn)品要求尺寸孝重量輕，但電池的尺寸及重量與其它電子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想當年的“大哥大”是相當“粗大、笨重”，而今天的手機是如此的輕巧。其中電池的改進是起了重要作用的：過去是鎳鎘電池，現(xiàn)在是鋰離子電池。

鋰電池的最大特點是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h 是小時;kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)。這里舉一個例來說明：5號鎳鎘電池的額定電壓為1 2V，其容量為800mAh，則其能量為 0 96Wh(1 2V×0 8Ah)。同樣尺寸的5號鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3V，其容量為1200mAh，則其能量為3 6Wh。這兩種電池的體積是相同的，則鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的375倍!

一節(jié)5號鎳鎘電池約重23g，而一節(jié)5號鋰-二氧化錳電池約重18g。一節(jié)鋰-二氧化錳電池為3V，而兩節(jié)鎳鎘電池才2 4V。所以采用鋰電池時電池數(shù)量少(使便攜式電子產(chǎn)品體積減孝重量減輕)，并且電池的工作壽命長。

另外，鋰電池具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應及無公害等優(yōu)點。

鋰電池的缺點是價格昂貴，所以目前尚不能普遍應用，主要應用于掌上計算機、PDA、通信設(shè)備、照相機、衛(wèi)星、導彈、魚雷、儀器等。隨著技術(shù)的發(fā)展、工藝的改進及生產(chǎn)量的增加，鋰電池的價格將會不斷地下降，應用上也會更普遍。

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—亞硫酰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，并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(wěn)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%);工作溫度范圍-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(shù)。

CR表示為圓柱形鋰-二氧化錳電池;五位數(shù)字中，前兩位表示電池的直徑,后三位表示帶一位小數(shù)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(chǎn)的同型號的電池其參數(shù)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，并且連續(xù)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(guān)數(shù)據(jù)。例如，力興電源公司生產(chǎn)的CR14505給出最大連續(xù)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，后四位數(shù)字中前兩位為電池的直徑尺寸，后兩位為帶小數(shù)點的高度尺寸。例如，CR1220的直徑為12 5mm(不包括小數(shù)點后的數(shù))，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、助聽器、電子游戲機、IC卡、備用電源等。

2、鋰-亞硫酰氯電池(Li SOCl2)

鋰-亞硫酰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%容量范圍內(nèi)平坦地放電，保持不大的變化)。電池可以在-40℃～+85℃范圍內(nèi)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-亞硫酰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-亞硫酰氯的額定電壓為3 6V，容量為10000mAh，則后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(chǎn)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(guī)定溫度范圍使用。

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(chǎn)品性能。