一些工業(yè)充電器采用限制充電截止電壓來延長電池使用壽命。圖一表格顯示了電池充到截止電壓對(duì)應(yīng)電池電壓的剩余容量、充電時(shí)間及飽和充電后的剩余容量的估算值。
圖一表格:鋰離子電池典型充電特性
如 圖二 所示,第一次給鋰電池充電,電壓上升很快。電池容量會(huì)隨著電池接近充滿時(shí)最終跟上,這就像拿著橡皮筋舉起重物,會(huì)有一定延時(shí)。這種充電特性適用于所有電池。充電電流越大,橡皮筋效應(yīng)會(huì)越明顯。低溫或電池內(nèi)阻較大時(shí)會(huì)加劇這種效應(yīng)。
圖二:鋰電池充電時(shí)電壓/電量隨時(shí)間的變化
艾德克斯電子ITS5300充放電全程均可檢測(cè)充電電壓、電流及容量的變化,并可進(jìn)行各參數(shù)的提取、分析及參數(shù)間關(guān)系曲線圖的自動(dòng)繪制,如圖三所示。
圖三:ITS5300電池測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析
通過讀取正在充電的電池電壓預(yù)測(cè)SoC(剩余電量)是不現(xiàn)實(shí)的,通過讓電池休息幾小時(shí)再測(cè)量電池開路電壓會(huì)更準(zhǔn)確。因?yàn)閷?duì)于所有電池,溫度影響著開路電壓,鋰離子電池也不例外。然而,智能手機(jī)、筆記本電腦和其他便攜式電子設(shè)備的SoC是通過庫倫計(jì)數(shù)法推算的。
庫倫計(jì)數(shù)是通過測(cè)量輸入或輸出的電流,鋰電池符合標(biāo)準(zhǔn)的庫倫算法和較低的自放電率,老化和溫度相關(guān)的自放電還是需要考慮到,因此定期校準(zhǔn)對(duì)于化學(xué)電池轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化電池非常有必要。艾德克斯ITS5300電池充放電系統(tǒng)可以在電池循環(huán)充放電過程中測(cè)試并記錄電池充放電容量,幫助客戶快速建立電池模型。
鋰離子不能吸收過充,所以當(dāng)電池充滿后,充電電流必須被斷開,持續(xù)地涓流充電會(huì)導(dǎo)致金屬鋰沉積在金屬板上,降低安全性。為了降低電池壓力,務(wù)必保持鋰電池在滿充電壓的停留時(shí)間越短越好。從圖二中能看出,比如未飽和充電的電芯電壓在3.7V-3.9V時(shí),停留在高電壓的時(shí)間比飽和充電的時(shí)間短很多。
便攜式電子設(shè)備在充電時(shí)應(yīng)該關(guān)閉,不然形成了寄生負(fù)載會(huì)改變充電循環(huán)并引發(fā)小循環(huán),但是一邊充電一邊放電很多時(shí)候是無法避免的,比如筆記本電腦一邊工作一邊插在交流電網(wǎng)上,電池始終處于高壓狀態(tài),往往溫度也較高,大大縮短了電池壽命。
電池過充
當(dāng)然,非鈷酸鋰電池的額定電壓也并不都是3.6V,比如LiFePO電壓從3.2V到3.65V,LTO(鈦酸鋰電池)電壓從2.4V到2.85V。將鋰離子電池充電至高電壓后,電池會(huì)變得不穩(wěn)定。如果給4.2V的電池充電至4.3V,會(huì)使得電池正極積淀金屬鋰,負(fù)極材料被氧化,失去穩(wěn)定性的電池會(huì)產(chǎn)生CO2。電池內(nèi)壓力升高,如果保持充電狀態(tài),內(nèi)壓達(dá)到1000-1380kPa時(shí),保證電池安全的電流切斷器(CID)即會(huì)切斷電流。當(dāng)壓力持續(xù)升高到3450kPa時(shí),隔膜爆開脫落,電池可能最終殼體泄漏,伴隨燃燒。
一個(gè)滿電量的電池具有更低的熱失控溫度,相比于低電量的電池,滿電量的電池泄壓也更快,因此鋰離子電池在低電量狀態(tài)時(shí)更加安全,這也是為何官方要求空運(yùn)的鋰電池30%電量,而不是滿電量。
艾德克斯ITS5300測(cè)試系統(tǒng)可以設(shè)定充、放電任意截止電壓,截止充電容量和截止時(shí)間,適合電池出貨及打包前的預(yù)充電。
ITS5300電池充放電測(cè)試系統(tǒng)
除了內(nèi)部電芯的保護(hù),外部保護(hù)電路可以防止電芯充電電壓超過4.3V。此外,當(dāng)電池表面溫度超過90°C時(shí),保險(xiǎn)絲或繼電器可以切換電流。此外,為了防止電池過放,當(dāng)電芯電壓低于2.2V時(shí),控制電路也會(huì)切斷電流回路。
一串電芯需要獨(dú)立的電壓監(jiān)控,數(shù)量越多,保護(hù)越復(fù)雜。艾德克斯ITS5300可以同時(shí)檢測(cè)多達(dá)二百個(gè)電芯的電壓、交流電阻及溫度,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電芯間電壓的不平衡,并進(jìn)行自動(dòng)均充均放,設(shè)置截止電壓,防止電池的過充和過放。
總結(jié)
鋰離子電池充電指南
充電時(shí)關(guān)閉電子設(shè)備或斷開電池負(fù)載,保證電流在飽和充電狀態(tài)時(shí)能順利降低
保證合適的充電溫度,不要在0℃以下給鋰電池充電
鋰離子電池不需要被充滿,部分充滿對(duì)電池壽命更佳
當(dāng)充電后電池過熱時(shí),請(qǐng)不要繼續(xù)使用此充電器或電池
存儲(chǔ)電池前給電池充一些電(40%-50%的剩余電量最佳)
電池放電指南
高溫可以提高電池容量但卻縮短電池壽命,在25–30°C以上每升高10℃,電池壽命減少2%。請(qǐng)保持電池的低溫
防止過放,電池反極接入會(huì)導(dǎo)致電池短路
使用大電池可以減少由于重載或重復(fù)充分放電對(duì)電池造成的壓力
當(dāng)放電頻率較高時(shí),電池會(huì)表現(xiàn)出電容特性,這就允許拉載更高的峰值電流
鎳或鋰電池有快速的化學(xué)反應(yīng);鉛酸電池較慢,重載往往需要幾秒鐘才能恢復(fù)過
并非只有鋰離子電池在過充時(shí)存在安全隱患,鉛基、鎳基電池如果錯(cuò)誤使用,同樣也會(huì)融化、起火。艾德克斯ITS5300電池測(cè)試系統(tǒng)已獲得多家國際知名公司的青睞,可根據(jù)客戶需要進(jìn)行全面的定制,全面的保護(hù)設(shè)計(jì)包括對(duì)溫度的感測(cè)適用于幾乎所有的電池系統(tǒng),可以長時(shí)間穩(wěn)定工作,具有斷電保護(hù)及數(shù)據(jù)分析功能,是用戶值得信賴的測(cè)試系統(tǒng)。
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