如何正確給鋰離子鋰聚合物電池充電

時(shí)間：2024-07-16 21:02:33

關(guān)鍵字：鋰離子電池鋰聚合物電池

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[導(dǎo)讀]如今，鋰離子/鋰聚合物被廣泛用于經(jīng)常充電的便攜式電子設(shè)備。高效的充電方法可以延長(zhǎng)電池的使用壽命并提高其性能。因此，電子設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)符合工業(yè)要求的電池供電設(shè)備時(shí)，必須了解理想的充電程序。

如今，鋰離子/鋰聚合物被廣泛用于經(jīng)常充電的便攜式電子設(shè)備。高效的充電方法可以延長(zhǎng)電池的使用壽命并提高其性能。因此，電子設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)符合工業(yè)要求的電池供電設(shè)備時(shí)，必須了解理想的充電程序。

鋰離子電池

鋰是目前最輕的金屬。它具有最大的電化學(xué)勢(shì)，并提供了與其重量相稱的最大能量密度。鋰本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，尤其是在充電過(guò)程中。因此，研究人員專注于使用鋰離子的非金屬鋰電池。鋰離子的能量密度略低于鋰金屬，但是，如果滿足某些預(yù)防措施(充電和放電時(shí))，鋰離子是安全的。第一家將鋰離子電池商業(yè)化的公司是索尼公司，該公司于 1991 年成立。不久之后，其他制造商也紛紛效仿。圖 1 顯示了鋰離子電池的圖片。

圖 1：鋰離子電池

鋰聚合物電池 (Lipo)

鋰聚合物電池與傳統(tǒng)電池的區(qū)別在于所用電解質(zhì)的類型。最初的 Lipo 設(shè)計(jì)使用固體聚合物電解質(zhì)。這種電解質(zhì)的作用類似于塑料薄膜，允許離子交換但會(huì)阻斷電流。通常，鋰聚合物電池的內(nèi)阻較大，處理大電流突發(fā)的能力較弱(盡管這個(gè)問(wèn)題已在一些昂貴的高容量鋰聚合物電池中得到解決)，但它們的安全性更高，并且可以制造成低厚度的外形。這使它們成為手機(jī)和平板電腦等超薄便攜式設(shè)備的理想選擇。圖 2 顯示了鋰聚合物電池。

圖 2：鋰聚合物 (Lipo) 電池

如何給鋰離子和鋰聚合物電池充電

至于充電規(guī)則，鋰離子電池和鋰聚合物電池并沒(méi)有太大區(qū)別。圖 3 顯示了完整的充電周期。完整的充電過(guò)程包括 3 個(gè)步驟：PRE Charge、CC和CV。

圖3：鋰電池充電曲線

預(yù)充電

此階段指的是鋰電池的初始電壓低于 2.8V 的情況。一般來(lái)說(shuō)，鋰電池電壓(任何類型的)都不應(yīng)低于 3.2V，否則電池就沒(méi)電了，需要“恢復(fù)活力”。您可能遇到過(guò)這種情況：您的電池長(zhǎng)時(shí)間未使用(例如放在數(shù)碼相機(jī)內(nèi))，其電壓降至 3.2V 以下。您無(wú)法正常打開設(shè)備或給電池充電。

預(yù)充電階段很重要，因?yàn)槿绻潆娺^(guò)程從 CC 階段開始，并且對(duì)沒(méi)電的電池施加大電流，則會(huì)進(jìn)一步損壞電池并縮短其使用壽命。因此，沒(méi)電的電池充電過(guò)程應(yīng)從等于電池額定容量 10% 到 20% 的電流開始。例如，如果沒(méi)電的電池容量額定為 2,200mA，并且您計(jì)劃以 0.5C(1,100mA)充電，則必須將充電電流設(shè)置為 220mA 或更低以進(jìn)行預(yù)充電步驟。所有專業(yè)充電器都實(shí)施預(yù)充電階段。這就是讓您的電池恢復(fù)活力的方法!

CC(恒定電流)

如果電池電壓高于 2.8V(或在預(yù)充電階段達(dá)到此水平)，則可以以 0.5C 至 1C 左右的恒定電流進(jìn)行充電。

電池的充電速率在數(shù)據(jù)表中有說(shuō)明。通常，該值介于 0.5C 和 1C 之間。一些電池制造商允許使用更高的充電電流以實(shí)現(xiàn)更快的充電速度，但如果您不確定或無(wú)法查看數(shù)據(jù)表，請(qǐng)以 0.5C 的速率對(duì)電池進(jìn)行充電。例如，如果您的電池額定電流為 2,200mA，則必須將充電電流限制為 1,100mA。

CV(恒定電壓)

如圖 3 所示，電池達(dá)到 4.20V(某些電池類型為 4.10V)后，電流消耗減少，電壓和電流曲線進(jìn)入 CV 階段。4.20V 是一個(gè)關(guān)鍵值，必須以至少 1% 或更高的精度準(zhǔn)備;否則，電池會(huì)損壞或爆炸!

在 CV 階段，電壓恒定(4.2V)，但電流會(huì)減小，直到達(dá)到充電電流的 10%。例如，如果您以 1100mA 電流(2200mA 電池的 0.5C)開始充電過(guò)程，則應(yīng)在 110mA 閾值處停止充電，這表明電池已充滿電。許多廉價(jià)的電池充電器會(huì)跳過(guò) CV 步驟，并在電池電壓達(dá)到 4.2V 時(shí)切斷電流，但好的充電器應(yīng)該遵循 CV 步驟。

如何給鋰電池充電

到目前為止，您理論上已經(jīng)知道如何為鋰電池充電。但這些概念應(yīng)該如何在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)呢?您有兩種選擇：通過(guò)混合微控制器和可變開關(guān)/線性電源來(lái)設(shè)計(jì)充電器，或者使用獨(dú)立的鋰電池充電器芯片。我將介紹充電器芯片，因?yàn)樗子跇?gòu)建和維護(hù)。此外，您可以將其中一個(gè)芯片嵌入到您的產(chǎn)品/電路板中，并通過(guò)充電器的輸出為電路供電。好消息是，這些充電器芯片的反向電流消耗很淺，不會(huì)耗盡電池電量。

市場(chǎng)上有很多鋰電池充電器芯片。一個(gè)不錯(cuò)的選擇可能是 LTC1733。這是一款獨(dú)立的線性單節(jié)鋰充電器。它可以提供最大 1.5A 的充電電流。此外，它還能提供 1% 的充電電壓精度。圖 4 顯示了使用一些外部元件啟用 LT1733 的基本原理圖。