鋰離子電池充電時的工作原理解析發表時間:2017-08-09 14:16 鋰離子電池充電的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣道理,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。不難看出,在鋰離子電池的充放電過程中,鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。倘若我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象優秀的運動健將,在搖椅的兩端來回奔跑。所以,專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。 鋰離子電池是前幾年出現的金屬鋰蓄電池的替代產品,它的陽極采用能吸藏鋰離子的碳極,放電時,鋰變成鋰離子,脫離電池陽極,到達鋰離子電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動,電極本身不發生變化。這是鋰離子電池與金屬鋰離子電池本質上的差別。鋰離子電池的陽極為石墨晶體,陰極通常為二氧化鋰。充電時,陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子,并且鋰離子向陽極運動與電子合成鋰原子。放電時,鋰原子從石墨晶體內陽極表面電離成鋰離子和電子,并在陰極處合成鋰原子。所以,在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態出現,不會以金屬鋰的形態出現,所以這種電池叫做鋰離子電池。 一、鋰離子電池的充放電特性 500mah的aa型鋰離子電池的充放電特性曲線。單只鋰離子電池的充電電壓最好保持在4.1v+50mv,充電電流通常限制在1c(500ma)以下,否則會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池通常采用恒流/恒壓充電模式,即先采用1c的恒定電流充電,電池電壓不斷上升,當上升到4.1v時充電器應立即轉入恒壓方式(4.1v+50mv),充電電流逐漸減小,當電池充分電時,電流降到涓流充電電流。用此辦法,約莫兩個小時電池可以充分(500mah)。鋰離子電池放電電流不應超過3c(1.5a),單體電池電壓不應低于2.2v,否則會造成損壞。采用0.2c的放電電流,電池電壓下降到2.7v時,可以放出額定電池容量(500mah),采用1c的放電電流時,電池能夠放出90%的電池容量,另外環境的溫度對電池的放電容量也會出現影響,所以規定了鋰離子電池放電時的溫度為-20℃~+60℃。鋰離子電池的一個特點是比較容易顯示剩余電量,因為鋰離子電池的工作電壓隨時間徐徐下降,鋰離子電池放電起始電壓為4.1v(4.2v),放電終止電壓為2.5v。 二、鋰離子電池的優缺點 優勢:1.工作電壓高;2.體積小、重量輕、能量高;3.壽命長;4.安全快速充電;5.準許溫度范圍寬;6.放電電流小、無記憶效應、無環境污染。 缺點:1.與干電池無互換性;2.不能快速充電;3.內部阻抗高;4.工作電壓變化大;5.放電速率大,容量下降快,無法大電流放電。 三、鋰離子電池充電器 下面解析一種新型的鋰離子電池充電器模塊ps1719,它采用恒流/恒壓方式控制鋰離子電池充電。恒流、恒壓調整方便,以充電電流減小到最大電流(恒流)的15%作為洋溢判別基準,并終止充電。此外還有充電顯示和洋溢顯示功能。ps1719模塊工作電壓為9v,內部結構。 pS1719模塊為腳DIp封裝形式,各引腳功能如下: GND(①、⑩腳)為輸入、輸出電壓接地引腳。 bATT-(②腳)接電池負極,對地接電流控制的反饋電阻。 LED(⑥腳)為充電狀態顯示引腳。高電平為充電顯示,低電平為洋溢顯示。能供應或吸入電流3mA,可驅動LED。 bATT+(⑦腳)接電池正極。 CAp(⑧腳)外接抗干擾電容負極。電容正極接腳(Vo),該電容為不小于0.22μF。當正脈沖輸入⑧腳時,可實現脈沖涓流充電模式。 RV(⑨腳)為電壓控制反饋輸入引腳。電壓控制平衡時,該引腳對bATT-電壓為2.5V。 DRV(腳)為帶死區電壓(0~3V)控制驅動OC輸出引腳。可吸收電流30mA,驅動pNp型功率三極管,實現電壓、電流控制。 Vo(腳)為約4V穩壓輸出引腳(充1節鋰離子電池),外接抗干擾電容正極。 V+(腳)模塊電源正電壓輸入引腳,要求6V≤V+≤7V。 使用電路pS1719模塊專用于3.6V鋰離子電池充電,也可用于三節鎳鎘或鎳氫電池充電。其典型使用電路如圖4所示。 |