鋰電池充電原理及合適充電電壓電流的選擇
2020-11-24 電子產品世界
本文從鋰電池的充電電路原理出發，在深刻了解鋰電池原理的基礎上介紹充電池充電電路的設計，進而詳細解析如何選擇合適的充電電壓和充電電流，希望能夠讓大家深入了解日常避免不開的鋰電池的基本知識。
鋰電池充電電路原理
一、鋰電池與鎳鎘、鎳氫可充電池：
鋰離子電池的負極為石墨晶體，正極通常為二氧化鋰。充電時鋰離子由正極向負極運動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內負極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態出現，而不是以金屬鋰的形態出現。因而這種電池叫做鋰離子電池，簡稱鋰電池。
鋰電池具有：體積小、容量大、重量輕、無汙染、單節電壓高、自放電率低、電池循環次數多等優點，但價格較貴。鎳鎘電池因容量低，自放電嚴重，且對環境有汙染，正逐步被淘汰。鎳氫電池具有較高的性能價格比，且不汙染環境，但單體電壓只有1.2V，因而在使用範圍上受到限制。
二、鋰電池的特點：
1、具有更高的重量能量比、體積能量比；
2、電壓高，單節鋰電池電壓為3.6V，等於3隻鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓；
3、自放電小可長時間存放，這是該電池最突出的優越性；
4、無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電前無需放電；
5、壽命長。正常工作條件下，鋰電池充/放電循環次數遠大於500次；
6、可以快速充電。鋰電池通常可以採用0.5～1倍容量的電流充電，使充電時間縮短至1～2小時；
7、可以隨意並聯使用；
8、由於電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環境無汙染，是當代最先進的綠色電池；
9、成本高。與其它可充電池相比，鋰電池價格較貴。
三、鋰電池的內部結構 ：
鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和長方型。
電池內部採用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鋰和二氧化鈷組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由片狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件，以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。
單節鋰電池的電壓為3.6V，容量也不可能無限大，因此，常常將單節鋰電池進行串、並聯處理，以滿足不同場合的要求。 字串5
四、鋰電池的充放電要求；
1、鋰電池的充電：根據鋰電池的結構特性，最高充電終止電壓應為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子拿走太多，而使電池報廢。其充放電要求較高，可採用專用的恆流、恆壓充電器進行充電。通常恆流充電至4.2V/節後轉入恆壓充電，當恆壓充電電流降至100mA以內時，應停止充電。
充電電流（mA）=0.1～1.5倍電池容量（如1350mAh的電池，其充電電流可控制在135～2025mA之間）。常規充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時間約為2～3小時。
2、鋰電池的放電：因鋰電池的內部結構所致，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命就相應縮短。為了保證石墨層中放電後留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。放電終止電壓通常為 3.0V/節，最低不能低於2.5V/節。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間（小時）=電池容量/放電電流。鋰電池放電電流 （mA）不應超過電池容量的3倍。（如1000mAH電池，則放電電流應嚴格控制在3A以內）否則會使電池損壞。
目前市場上所售鋰電池組內部均封有配套的充放電保護板。只要控制好外部的充放電電流即可。
五、鋰電池的保護電路：
兩節鋰電池的充放電保護電路如圖一所示。由兩個場效應管和專用保護集成塊S--8232組成，過充電控制管FET2和過放電控制管FET1串聯於電路，由保護IC監視電池電壓並進行控制，當電池電壓上升至4.2V時，過充電保護管FET1截止，停止充電。為防止誤動作，一般在外電路加有延時電容。當電池處於放電狀態下，電池電壓降至2.55V時，過放電控制管FET1截止，停止向負載供電。過電流保護是在當負載上有較大電流流過時，控制FET1使其截止，停止向負載放電，目的是為了保護電池和場效應管。過電流檢測是利用場效應管的導通電阻作為檢測電阻，監視它的電壓降，當電壓降超過設定值時就停止放電。在電路中一般還加有延時電路，以區分浪湧電流和短路電流。該電路功能完善，性能可靠，但專業性強，且專用集成塊不易購買，業餘愛好者不易仿製。
六、簡易充電電路：
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