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關于鋰電池的快充原理詳解

來源:寶鄂實業(yè)    2019-07-11 20:24    點擊量:
 
 
由于鋰電池的特殊性,過壓或者欠壓都會導致電池報廢,所以現(xiàn)在的鋰電池充放電保護電路原理就是測量鋰電池電壓,再根據(jù)電壓判斷鋰電池是否處于正常狀態(tài)(非過壓、非欠壓)。
當電壓低于3.0V時,充電器會采用100mA電流對鋰電池進行預充電,就是上圖C C Pre-charge階段,中文名字叫恒流預沖電階段,目的是慢慢恢復過放電的鋰電池,是一種保護措施來的。合格的充電器都會有這個充電階段。
 
然后與問題有關的就來了。當鋰電池電壓高于3.0V時,就進入到第二階段,大電流恒流充電階段(C C Fast charge)。由于鋰電池經過第一階段的預充,其狀態(tài)已經比較穩(wěn)定了(預充階段的作用可以這樣理解~但并不嚴謹)。所以在第二階段,充電電流就可以適當提高,根據(jù)不同的電池來說,這個電流的大小可以從0.1C到幾C不等,其中C是指電池容量,如2600mAh的鋰電池,0.1C就是指260mA大小的電流。
 
在這一個充電階段中,國家建議的標準充電是用0.1C電流進行充電的,這個就是標準充電。不過標準充電這個標準由于提出的時間很早,十幾年前的就提出來。那時候因為鋰電池技術遠遠不如現(xiàn)在穩(wěn)定(不允許大電流充電),所以才會有這樣一個標準~~~采用標準充電的唯一好處就是充電過程穩(wěn)定,發(fā)生爆炸之類的幾率非常小;缺點就是費時間?。。?/div>
 
而快速充電,就是指在這個階段用大于0.1C的電流進行充電。如果鋰電池容量為2600mAh,那么標準充電的電流為260mA,只要充電電流大于260mA,就可以定義為快速充電了。不過就從目前的鋰電池水平與充放電管理芯片的水平來說,用1C的電流充電都沒問題。所以快速充電也沒有想象中的那么危險。一般快速充電的充電電流為0.2~0.8C,所以快速充電還是安全的。由于近幾年來的提升,現(xiàn)在的充電器基本上都是快充類型的。而鋰電池充電的最后一個階段為恒壓充電階段,這個階段就是檢測到鋰電池電壓等于4.2V時,充電器則進入恒壓充電模式,這個階段充電電壓恒定為4.2V,充電電流則越來越?。錆M了,電流肯定變小~)。當充電電流小于100mA時,就判斷電池充滿,切斷充電電路。
 
這一階段的特性,也可以解釋為什么手機指示充滿電后,拔出USB線再插進去,手機又顯示繼續(xù)充電。
 
另外,需要說一下的是:以上的充電是針對于單節(jié)鋰電池的最理想充電過程,目前的合格鋰電池充放電保護板都是這樣子工作的。
 
電瓶車的電瓶一般有鉛酸蓄電池和鋰電池兩種。這些電瓶都是由若干的電池成組而成的(鉛酸蓄電池類型的由6個或者8個串并聯(lián)組成;鋰電池類型的則由若干個鋰電池串并聯(lián)組成)。而涉及到電池組的充電方式,這里又有另外的一個大問題了,就是電池均衡問題。關于電池均衡問題,我在這里不再詳說,百度一下就可以了。我只能說目前的絕大多數(shù)電瓶車電池都沒有電池均衡管理,所以這個導致了電池組的壽命遠遠不如單個電池的壽命,這也解釋了為什么電瓶車的電池不耐用,一年左右就報廢了~~~同時也解釋了當前電動汽車發(fā)展的困境就是電池成組技術的限制。
 
簡單來說結論就是:快速充電是指充電電流大于0.1C的充電方式,這種充電方式對于單個鋰電池來說,對壽命與穩(wěn)定性等的影響非常??;但是如果對于電瓶車電池組來說的話,快充就是用時間換取電池壽命的一種行為。
 
最后要說的是:使用標配充電器對電瓶車充電沒問題;但是對于那些打著10分鐘充滿電的充電站來說,就要注意了,使用這些充電站絕對大大影響電池壽命。
 
另外,對于電池組來說,電池均衡意義更重要??斐鋵﹄姵亟M的壽命有影響正是因為電池組均衡問題沒有解決。
 
鋰電池不能沖的很滿,因為沖的滿會導致陰極陽極見的隔離層被形成的dendrite穿透,這樣子電池就廢了。真正在使用中對電池影響壽命的是散熱管理和單個電池的充放電管理,也就是均衡管理。過快速的充電會散發(fā)大量的熱,肯定會減少電池使用壽命,但是在平時使用中不科學的管理模式對電池的損傷其實更大。
 
電池快充一定伴隨著大電流,隨之而來的發(fā)熱不可避免,然而發(fā)熱一定會帶來電解液的揮發(fā),所以快充一定是減小電池壽命的。負責監(jiān)測電池充電的關鍵參數(shù)(例如電池充電電流、電池當前電壓、電池溫度),根據(jù)預先設定好的電池充電算法,調節(jié)如充電電流等參數(shù),或者關斷充電。手機充電電路的測量和反饋控制部分,通??梢酝ㄟ^軟件編程來調節(jié)某些參數(shù)。甚至有些手機充電的測量、反饋控制部分大部分功能都是由軟件來完成。大多數(shù)手機對鋰電池充電的控制算法都是基于恒流——恒壓過程或者其變種。恒流恒壓充電的過程,大體上是這樣的,首先在電池低于其充電限制電壓(以往手機是4.2v,現(xiàn)在常見4.35V,偶見4.40V)時,以一個恒定電流對電池充電。
 
這個恒定電流的大小與電池容量的比值(稱為充電電流倍率)與手機電池充電速度關系密切。要提高手機的充電速度,提高充電電流倍率是一個有效的手段。但是手機電池對充電電流倍率的接受能力有限,過大的充電電流倍率會導致手機電池的循環(huán)衰減增加,甚至有可能導致電池安全問題。目前大多數(shù)手機電池可以接受0.5-1倍的充電電流倍率。比如對3000mAh的手機電池,0.5-1倍的充電電流倍率就對應著1500mA-3000mA的充電電流。通過優(yōu)化電池結構和配方,可以讓電池接受更大的充電電流倍率。就目前的情況來看,手機電池的充電電流倍率上限通常不是手機充電速度的瓶頸。
 
當電池通過恒定電流充電達到電池的充電限制電壓后,通過逐漸減小充電電流來維持這個充電限制電壓不變。因為鋰離子電池電壓除了隨電池充滿度提高而上升外,充電電流越大,電池的電壓也越高,因此在充滿度不斷提高的情況下,減小充電電流可以讓電池電壓維持恒定,這就是恒壓過程。當充電電流減小到預定值后,充電電流會關斷,充電即告完成。
 
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