【導讀】提到鋰電池,大家耳熟能詳,因為鋰電池已經(jīng)成為生活中的不可替代品。今天小編為大家分四個階段講解鋰電池的充電原理。
鋰離子電池的充電過程可以分為四個階段:涓流充電(低壓預充)、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。
鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓,從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命,簡化充電器的操作,其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。
鋰電池的充電方式是限壓恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充電方式是:先檢測待充電電池的電壓,如果電壓低于3V,要先進行預充電,充電電流為設定電流的1/10,電壓升到3V后,進入標準充電過程。標準充電過程為:以設定電流進行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為 4.20V。此時,充電電流逐漸下降,當電流下降至設定充電電流的1/10時,充電結(jié)束。下圖為充電曲線。
圖1:充電曲線
階段2:恒流充電——當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節(jié)電池設定的此電壓為3.0-4.2V.
階段3:恒壓充電—— 當電池電壓上升到4.2V時,恒流充電結(jié)束,開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少,當減小到0.01C時,認為充電終止。(C是以電池標稱容量對照電流的一種表示方法,如電池是1000mAh的容量,1C就是充電電流1000mA。)
階段4:充電終止——
有兩種典型的充電終止方法:采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流,并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時,持續(xù)充電兩個小時后終止充電過程。
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上述四階段的充電法完成對完全放電電池的充電約需要2.5至3小時。高級充電器還采用了更多安全措施。例如如果電池溫度超出指定窗口(通常為0℃至45℃),那么充電會暫停.
充電結(jié)束后,如檢測到電池電壓低于3.89V將重新充電。
圖3:可以對短路的電池激活的充電方法
手機充電器的工作流程一般為: 1. 檢測電池的電壓,如果低于一個閾值電壓,就要進行涓流充電; 2. 電池充到一定電壓(一般設置為2.9V)時,進行全電流充電; 3. 當電池電壓達到預置電壓(鋰離子電池一般為4.2V)時,開始恒壓充電,同時充電電流降低; 4. 當電流逐漸減小到規(guī)定的值時,充電過程結(jié)束。電池電壓低于2.5V(Vshort)時,鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發(fā)生危險。
對于電壓過低的電池需要進行預充,電池電壓低于2.5V(Vshort)時,鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發(fā)生危險。
充電終止檢測除電壓檢測外,還需采用其他的輔助方法作為防止過充的后備措施,如電池溫度監(jiān)測,檢測電池溫度用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度,當電池溫度超出設定范圍時關閉對電池充電。
限定充電時間,為電池提供附加保護。
除了上面的流程描述,它還具有自動重新充電、最小電流終止充電等特性。 一般來說,恒壓充電結(jié)束時的小電流充電過程中,電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設計中,對手機充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設計了檢測電路,一旦檢測到電池電壓降低,就會重新啟動充電過程(見上圖)。
軟件要做的工作是設置進入快速充電的電壓閾值,進入恒壓充電的電壓閾值,充電超時時間,恒流充電的電流值,恒壓充電的電壓值,充電結(jié)束的電流閾值,中斷處理,提供sys接口給上層都充電的狀態(tài),包括電池的類型,電池最高電壓,電池最低電壓,電池當前電壓,電池電量的百分比,電池的狀態(tài),充電電流和電池溫度等等。
可以用測量電壓的方法估算電池剩余容量:
4.20V----100%
3.95V----75%
3.85V----50%
3.73V----25%
3.50V----5%
2.75V----0%
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