鋰離子電池充放電安全及電池檢測設(shè)計
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-08 12:16
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智能型手機因其功能強大、屏幕耗電量大，更是需要電池容量大及電力更耐久的鋰離子電池。當(dāng)手機電池電量不足時，使用者通常會以充電器或搭配一組移動電源隨時對電池進行充電。
體積/容量兼具 鋰離子電池為電子產(chǎn)品首選
充電電池依其材質(zhì)的不同可分為四類：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。
表1 充電電池比較表
由表1優(yōu)缺點看來，鎳鎘、鎳氫及鋰離子電池較適合使用在電子產(chǎn)品上;而鋰離子電池?zé)o論是在體積、重量及容量（電子產(chǎn)品的使用時間）較優(yōu)于鎳鎘、鎳氫電池，也無記憶效應(yīng)的問題，所以鋰離子電池在電子產(chǎn)品使用上似乎方便許多。
延長使用壽命 鋰離子電池充/放電壓成關(guān)鍵
一般來說，鋰離子電池會有電性安全的范圍限制。由于鋰離子電池的特性，當(dāng)電池電壓在充電時上升到最高設(shè)定電壓后，要立即停止充電，避免電池因過充電造成 電池?fù)p毀而產(chǎn)生危險;電池供電（放電）時，電池電壓如果降至最低設(shè)定電壓以下便要停止放電，避免因過放電而降低使用壽命。
此外，為確保電池使用上的安全，鋰離子電池還必須要加裝短路保護，以避免發(fā)生危險;即使大多數(shù)的鋰離子電池都有加裝保護電路，然而在選擇優(yōu)質(zhì)的充電器或移動電源時，這仍然是一項重要的考量因素。
鋰離子電池充電器首重安全
充電器是將電池充至其額定電壓的設(shè)備，而鋰離子電池充電器必須具備以下幾點特性：
1)可提供固定電流給充電電池
當(dāng)電池電壓到達最大值且不再上升時，其充電電流便會開始下降，如此可避免對電池過度充電，造成電池?fù)p傷;當(dāng)充電電流降至一定程度時，充電器將停止充電。
2)確保電池具備可使用電壓
電池在充電完成后，若長時間放置不使用會有自然放電的情形出現(xiàn)，為避免電池過度自放電導(dǎo)致電池電壓下降，當(dāng)電池電壓低于所設(shè)定電壓時，充電器會重新開始對電池充電，確保電池在使用時還能維持一定電壓。
四階段充電簡述
以下使用沛亨半導(dǎo)體的充電集成電路（IC）--AIC6511做鋰離子電池充電簡介，圖1為鋰離子電池充電曲線圖：
圖1 鋰離子電池充電曲線圖
1）Trickle Charge or Pre-Charge
此時的鋰離子電池電壓小于3伏特（V），當(dāng)充電器開始對電池充電時，因鋰離子電池的特性，其內(nèi)部阻抗會很大，故充電器會先以一微小電流對電池進行充電，此時電池電壓持續(xù)上升。
2)定電流充電（Constant Current Charge， CC Charge）
當(dāng)電池充電電壓上升至約3伏特時，充電器改以最大充電電流對電池進行定電流充電，此時電池電壓持續(xù)上升。
3)定電壓充電（Constant Voltage Charge， CV Charge）
當(dāng)電池充電電壓上升至接近鋰離子電池的飽和點電壓約4.2伏特時，充電器改以定電壓模式對電池進行充電，此時充電電流開始下降。
4)Charge Full
當(dāng)充電電流降至微小電流時，充電器停止對電池充電。
電池在充電完成后，若長時間放置不使用會有自然放電的情形出現(xiàn)，為避免電池過度放電導(dǎo)致電池電壓下降，電源IC在鋰離子電池電壓降至4伏特時，會重新開始對電池進行CC Charge模式充電，確保電池在使用時還能維持一定電壓。
鋰離子電池充電周期
因鋰離子電池的特性，若鋰離子電池在充電之前已深度放電，此時充電器會先以微弱電流對電池進行Pre-Charge充電（各家廠商設(shè)定值不同，本文使用范例的充電IC設(shè)定值約為10%的最大充電電流），充電時電池電壓上升。
當(dāng)電池電壓上升至約3伏特，充電器改以最大充電電流對電池進行CC Charge，電池電壓持續(xù)上升。
當(dāng)電池充電電壓上升至接近鋰離子電池的飽和點電壓約4.2伏特時，充電器改以CV Charge對電池進行充電，此時充電電流開始下降，當(dāng)充電電流降至約等于Pre-Charge電流時，充電器停止對電池充電，即完成充電。
不論是用通用序列總線（USB）或AC電源轉(zhuǎn)換器（Adapter）輸入電源對電池充電，當(dāng)電池開始充電后，若充電時間超過其設(shè)定時間，充電器仍然操作 于Pre-Charge模式而未進入CC Charge模式，或者仍然操作于CC/CV Charge模式而未進入充電完成狀態(tài)，則透過IC的充電計時保護功能使充電器停止對電池充電。
