讲解锂离子电池性能和使用寿命的重要因素

合适的充电方式不仅能够最大限度的发挥电池的容量,而且可以延长电池的使用寿命.这种影响重要体现在三个方面:

(1)电压的影响.一方面,在充电过程中要严格控制电池电压不能超过充电限制电压,超过充电限制电压称为过充,轻微过充多次会导致电池容量减小,电池发生变形,过充严重时会直接导致电池发生爆炸.另一方面,在充电结束后,应使电池电压尽量接近满充电压,否则会导致电池容量大大降低。

(2)电流的影响.锂离子电池可接受的充电电流是有限的,若充电电流高于这个上限值,会造成电池中电解液发生析气反应,大量发热,使电池温度急剧上升。

(3)温度的影响.锂离子电池温度过高,会导致电池内部发生一系列反应,电池可能爆炸,因此在充电过程中,要及时监测电池温度情况并对其加以控制。

选择合适的充电方法可以提高充电效率,延长使用寿命.锂离子电池的充电方法有很多种,常用的充电方法有恒定电流充电法、恒定电压充电法、恒流/恒压充电法、变流充电法、脉冲充电法、间歇充电法等。

1.1恒定电压充电法

恒定电压充电法是指在充电过程中以恒定电压对电池进行充电.在这个过程中,充电电流满足公式:I=(U–E)/R(式中:I为充电电流,U为充电电压,E为电池电压,R为充电回路电阻)。

在充电初期,由于电池电势较低,因此充电电流较大,随着充电过程的进行,电池电势逐渐升高,充电电流逐渐减小.恒压控制系统结构简单,而且充电电流比较接近可接受充电电流,具有一定的自适应性,但在充电初期电流比较大,有可能造成电池温度上升过快,对电池带来不利影响。

1.2恒定电流充电法

恒定电流充电法是指在充电过程中全程以恒定不变电流进行充电.锂离子电池的充电可接受电流随着充电时间呈指数规律下降,而充电电流保持不变,若充电电流较大,在恒流充电后期可能出现充电电流超过可接受电流而导致电池电解液发生析气反应,但若充电电流太小,就会延长充电时间,降低充电效率。

以上两种方法都比较简单,也都有很多不足之处.恒压充电初期电流过大而恒流充电后期电流过大,因此,可采用先恒流后恒压的充电方法以克服这两种方式在这两个阶段的弊端。

1.3恒流/恒压充电法

这种充电方法将充电过程分为三个阶段.如图1所示。

(1)预充阶段.接通直流电源后,当检测到电池时,充电芯片启动,进入预充过程,在此期间充电控制器以较小的电流给电池充电,使电池电压、温度恢复到正常状态。

(2)恒流充电阶段.在充电初期,充电电路以恒定的电流对锂离子电池充电,一般锂离子电池大多选用标准充电速率.恒流充电时,电池电压将缓慢上升,一旦电池电压达到所设定的终止电压,恒流充电终止,进入恒压充电过程。

(3)恒压充电阶段.在恒压充电过程中,充电电流逐渐衰减,当监测到充电电流降到设置值以下,或满充时间超时转入顶端截止充电,此时充电控制器以极小的充电电流为电池补充能量,一般情况下,该过程可以延长电池5%~10%的使用时间。