鉅大LARGE | 點擊量:1204次 | 2018年05月07日
移動設備鋰離子電池的管理
鋰離子電池:
放電電壓:最低2.7V/cellfor鈷酸鋰,2.5Vfor磷酸鐵鋰,1.5Vfor鈦酸鋰;
充電電壓:典型4.2Vfor鈷酸鋰(4.35Vfor電解液改進型),3.6Vfor磷酸鐵鋰,2.7Vfor鈦酸鋰。
電池結構:有三種結構,圓柱形結構、棱柱形結構和層壓形結構。特性如下:
a,由于鋰碳嵌合物非常活潑,只能使用有機電解液;
b,必須防水并氣密;
c,需使用微孔的隔離材料,來阻止鋰枝晶生長,并在過熱時關閉充電;
d,電極使用金屬箔,陽極為銅箔,陰極為鋁箔;
e,活性材料懸浮沉積在電極上,50~100um的厚度。
充電方式:恒流/恒壓法;充電電壓(考慮了電壓波動和溫度波動后)一定不能超過4.2Vfor鈷酸鋰,過電壓會導致電池加速退化,甚至引起爆炸;
多cell串聯的電池:每個cell都不能超過最高電壓,所以要獨立監測每個cell的狀態,同時應該有多套獨立的過壓、過溫和過電流保護電路。;對于多cell串聯電池,需要cell平衡算法;充電電流應控制在1C,并且充電完成時,溫度不能超過50℃!
充電溫度:環境溫度應在0~45攝氏度之間,低溫會引起析出鋰單質,造成電池退化;高溫會加速鋰電解液反應,從而加速退化。
低壓充電:當cell電壓低于2.9V時,應使用0.1C的涓流充電。若0.1C充了30min后,cell電壓還未達到3.0V,說明cell出現了內短路,充電芯片應該報警。
截止狀態:當充電電流小于0.05C時。
放電功率:電極上活性物質越薄,功率越大,但容量越小;磷酸鐵鋰和鈦酸鋰的放電功率更高;當溫度低于0℃時,由于有機電解液的導電性能下降,電池的放電功率會嚴重衰退。
電池健康:50%電量時最穩定;高電壓會加速腐蝕和電解液降解;一定不能超過電池的滿充電壓;短時的過放不會損傷電池,但是長期低電量貯存會影響電池的放電容量;要避免高溫熱源,低溫存放可以延長壽命;要避免不必要的充放電,不用像鎳鎘、鎳氫電池那樣滿充滿放。
電池退化機制:
a,鋰碳混合物與電解液的反應:當高溫、高壓時,反應加劇;該反應讓鋰成為不溶解的混合物形式,這些物質會阻塞隔離層的微孔,降低活性物質表面的導電性,從而導致電池內阻增加;
b,電極腐蝕:高壓時,鋁箔和銅箔電極易腐蝕,所以電池一般以50%的容量貯存。當電池放電電壓低于2V時,會造成銅箔溶解。
應用場景:高容量、長使用時間的場合,例如數字產品。
發展趨勢:從1990年鋰離子電池推出后,容量每年都以7%的速率增長;最初的鈷酸鋰,到加入鎳錳(成本低),再到磷酸鐵鋰(功率高,但能量密度只有鈷酸鋰的一半)。鈦酸鋰有更好的功率和循環壽命,但能量密度也不足。最近發展的硅負極電池,可以提升30%的能量密度,但循環壽命差;更長遠的發展,是硫化鋰電池和空氣鋰電池,硫化鋰電池的能量密度很高,但循環壽命差,空氣鋰電池理論上的能量密度最高,但暫時實現起來還很困難。
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