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锂離(lí)子電池充放(fàng)電原理及結構特點

發布時間 : 2017-07-01 浏覽次數 : 5666

  锂離(lí)子電池以其優良的特性,被廣泛應用于手機、攝錄像機、筆記本電腦、無繩電話(huà)、電動工(gōng)具、遙控或電動玩具、照相機等便攜式電子設備中(zhōng)。

一(yī)、锂電池與鎳镉、鎳氫可充電池:

锂離(lí)子電池的負極爲石墨晶體(tǐ),正極通常爲二氧化锂。充電時锂離(lí)子由正極向負極運動而嵌入石墨層中(zhōng)。放(fàng)電時,锂離(lí)子從石墨晶體(tǐ)内負極表面脫離(lí)移向正極。所以,在該電池充放(fàng)電過程中(zhōng)锂總是以锂離(lí)子形态出現,而不是以金屬锂的形态出現。因而這種電池叫做锂離(lí)子電池,簡稱锂電池。

       锂電池具有:體(tǐ)積小(xiǎo)、容量大(dà)、重量輕、無污染、單節電壓高、自放(fàng)電率低、電池循環次數多等優點,但價格較貴。鎳镉電池因容量低,自放(fàng)電嚴重,且對環境有污染,正逐步被淘汰。鎳氫電池具有較高的性能價格比,且不污染環境,但單體(tǐ)電壓隻有1.2V,因而在使用範圍上受到限制。

二、锂電池的特點:

1、具有更高的重量能量比、體(tǐ)積能量比;

2、電壓高,單節锂電池電壓爲3.6V,等于3隻鎳镉或鎳氫充電電池的串聯電壓;

3、自放(fàng)電小(xiǎo)可長時間存放(fàng),這是該電池最突出的優越性;

4、無記憶效應。锂電池不存在鎳镉電池的所謂記憶效應,所以锂電池充電前無需放(fàng)電;

     5、壽命長。正常工(gōng)作條件下(xià),锂電池充/放(fàng)電循環次數遠大(dà)于500;

6、可以快速充電。锂電池通常可以采用0.51倍容量的電流充電,使充電時間縮短至12小(xiǎo)時;

7、可以随意并聯使用;

8、由于電池中(zhōng)不含镉、鉛、汞等重金屬元素,對環境無污染,是當代最先進的綠色電池;

9、成本高。與其它可充電池相比,锂電池價格較貴。

三、锂電池的内部結構 :

锂電池通常有兩種外(wài)型:圓柱型和長方型。

電池内部采用螺旋繞制結構,用一(yī)種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離(lí)材料在正、負極間間隔而成。正極包括由锂和二氧化钴組成的锂離(lí)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锂離(lí)子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池内充有有機電解質溶液。另外(wài)還裝有安全閥和PTC元件,以便電池在不正常狀态及輸出短路時保護電池不受損壞。

單節锂電池的電壓爲3.6V,容量也不可能無限大(dà),因此,常常将單節锂電池進行串、并聯處理,以滿足不同場合的要求。

四、锂電池的充放(fàng)電要求;

1、锂電池的充電:根據锂電池的結構特性,最高充電終止電壓應爲4.2V,不能過充,否則會因正極的锂離(lí)子拿走太多,而使電池報廢。其充放(fàng)電要求較高,可采用專用的恒流、恒壓充電器進行充電。通常恒流充電至4.2V/節後轉入恒壓充電,當恒壓充電電流降至100mA以内時,應停止充電。  充電電流(mA)=0.11.5倍電池容量(1350mAh的電池,其充電電流可控制在1352025mA之間)。常規充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右,充電時間約爲23小(xiǎo)時。

2、锂電池的放(fàng)電:因锂電池的内部結構所緻,放(fàng)電時锂離(lí)子不能全部移向正極,必須保留一(yī)部分(fēn)锂離(lí)子在負極,以保證在下(xià)次充電時锂離(lí)子能夠暢通地嵌入通道。否則,電池壽命就相應縮短。爲了保證石墨層中(zhōng)放(fàng)電後留有部分(fēn)锂離(lí)子,就要嚴格限制放(fàng)電終止最低電壓,也就是說锂電池不能過放(fàng)電。放(fàng)電終止電壓通常爲3.0V/節,最低不能低于2.5V/節。電池放(fàng)電時間長短與電池容量、放(fàng)電電流大(dà)小(xiǎo)有關。電池放(fàng)電時間(小(xiǎo)時)=電池容量/放(fàng)電電流。锂電池放(fàng)電電流(mA)不應超過電池容量的3倍。(1000mAH電池,則放(fàng)電電流應嚴格控制在3A以内)否則會使電池損壞。

目前市場上所售锂電池組内部均封有配套的充放(fàng)電保護闆。隻要控制好外(wài)部的充放(fàng)電電流即可。

五、锂離(lí)子電池的保護電路:

兩節锂電池的充放(fàng)電保護電路如圖一(yī)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(fàng)電控制管FET1串聯于電路,由保護IC監視電池電壓并進行控制,當電池電壓上升至4.2V時,過充電保護管FET1截止,停止充電。爲防止誤動作,一(yī)般在外(wài)電路加有延時電容。當電池處于放(fàng)電狀态下(xià),電池電壓降至2.55V時,過放(fàng)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(dà)電流流過時,控制FET1使其截止,停止向負載放(fàng)電,目的是爲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爲檢測電阻,監視它的電壓降,當電壓降超過設定值時就停止放(fàng)電。在電路中(zhōng)一(yī)般還加有延時電路,以區分(fēn)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,業餘愛好者不易仿制。
        六、簡易充電電路:

現在有不少商(shāng)家出售不帶充電闆的單節锂電池。其性能優越,價格低廉,可用于自制産品及锂電池組的維修代換,因而深受廣大(dà)電子愛好者喜愛。有興趣的讀者可參照圖二制作一(yī)塊充電闆。其原理是:采用恒定電壓給電池充電,确保不會過充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。R1Q1W1TL431組成精密可調穩壓電路,Q2W2R2構成可調恒流電路,Q3R3R4R5LED爲充電指示電路。随着被充電池電壓的上升,充電電流将逐漸減小(xiǎo),待電池充滿後R4上的壓降将降低,從而使Q3截止, LED将熄滅,爲保證電池能夠充足,請在指示燈熄滅後繼續充12小(xiǎo)時。使用時請給Q2Q3裝上合适的散熱器。本電路的優點是:制作簡單,元器件易購,充電安全,顯示直觀,并且不會損壞電池.通過改變W1可以對多節串聯锂電池充電,改變W2可以對充電電流進行大(dà)範圍調節。缺點是:無過放(fàng)電控制電路。
七、單節锂電池的應用舉例

1、 作電池組維修代換品

有許多電池組:如筆記本電腦上用的那種,經維修發現,此電池組損壞時僅是個别電池有問題。可以選用合适的單節锂電池進行更換。 
2、 制作高亮微型電筒

筆者曾用單節3.6V1.6AH锂電池配合一(yī)個白(bái)色超高亮度發光管做成一(yī)隻微型電筒,使用方便,小(xiǎo)巧美觀。而且由于電池容量大(dà),平均每晚使用半小(xiǎo)時,至今已用兩個多月仍無需充電。

3、代替3V電源

由于單節18650锂電池電壓爲3.6V。因此僅需一(yī)節锂電池便可代替兩節普通電池,給收音機、随身聽(tīng)、照相機等小(xiǎo)家電産品供電,不僅重量輕,而且連續使用時間長。

八、锂電池的保存:

锂電池需充足電後保存。在20℃下(xià)可儲存半年以上,可見锂電池适宜在低溫下(xià)保存。曾有人建議将充電電池放(fàng)入冰箱冷藏室内保存,的确是個好注意。

九、使用注意事項:

锂電池絕對不可解體(tǐ)、鑽孔、穿刺、鋸割、加壓、加熱,否則有可能造成嚴重後果。沒有充電保護闆的锂電池不可短路,不可供小(xiǎo)孩玩耍。不能靠近易燃物(wù)品、化學物(wù)品。報廢的锂電池要妥善處理。

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