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锂离子电池充电工作原理

2008年02月24日 11:18 次阅读

锂离子电池充电的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。 同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。所以,专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品,它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极,放电时,锂变成锂离子,脱离电池阳极,到达锂离子电池阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动,电极本身不发生变化。这是锂离子电池与金属锂电池本质上的差别。锂离子电池的阳极为石墨晶体,阴极通常为二氧化锂。充电时,阴极中锂原子电离成锂离子和电子,并且锂离子向阳极运动与电子合成锂原子。放电时,锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子,并在阴极处合成锂原子。所以,在该电池中锂永远以锂离子的形态出现,不会以金属锂的形态出现,所以这种电池叫做锂离子电池。
    一、锂离子电池的充放电特性
    500mah的aa型锂离子电池的充放电特性曲线。单只锂离子电池的充电电压最好保持在4.1v+50mv,充电电流通常限制在1c(500ma)以下,否则会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池通常采用恒流/恒压充电模式,即先采用1c的恒定电流充电,电池电压不断上升,当上升到4.1v时充电器应立即转入恒压方式(4.1v+50mv),充电电流逐渐减小,当电池充足电时,电流降到涓流充电电流。用此方法,大约两个小时电池可以充足(500mah)。锂离子电池放电电流不应超过3c(1.5a),单体电池电压不应低于2.2v,否则会造成损坏。采用0.2c的放电电流,电池电压下降到2.7v时,可以放出额定电池容量(500mah),采用1c的放电电流时,电池能够放出90%的电池容量,另外环境的温度对电池的放电容量也会产生影响,所以规定了锂离子电池放电时的温度为-20℃~+60℃。锂离子电池的一个特点是比较容易显示剩余电量,因为锂离子电池的工作电压随时间徐徐下降,锂离子电池放电起始电压为4.1v(4.2v),放电终止电压为2.5v。
    二、锂离子电池的优缺点
    优点:1.工作电压高;2.体积小、重量轻、能量高;3.寿命长;4.安全快速充电;5.允许温度范围宽;6.放电电流小、无记忆效应、无环境污染。
    缺点:1.与干电池无互换性;2.不能快速充电;3.内部阻抗高;4.工作电压变化大;5.放电速率大,容量下降快,无法大电流放电。
    三、锂离子电池充电器
    下面介绍一种新型的锂离子电池充电器模块ps1719,它采用恒流/恒压方式控制锂离子电池充电。恒流、恒压调整方便,以充电电流减小到最大电流(恒流)的15%作为充满判别基准,并终止充电。此外还有充电显示和充满显示功能。ps1719模块工作电压为9v,内部结构。

PS1719模块为脚DIP封装形式,各引脚功能如下:
  GND(①、⑩脚)为输入、输出电压接地引脚。
  BATT-(②脚)接电池负极,对地接电流控制的反馈电阻。
  LED(⑥脚)为充电状态显示引脚。高电平为充电显示,低电平为充满显示。能提供或吸入电流3mA,可驱动LED。
  BATT+(⑦脚)接电池正极。
  CAP(⑧脚)外接抗干扰电容负极。电容正极接脚(Vo),该电容为不小于0.22μF。当正脉冲输入⑧脚时,可实现脉冲涓流充电模式。
  RV(⑨脚)为电压控制反馈输入引脚。电压控制平衡时,该引脚对BATT-电压为2.5V。
  DRV(脚)为带死区电压(0~3V)控制驱动OC输出引脚。可吸收电流30mA,驱动PNP型功率三极管,实现电压、电流控制。
  Vo(脚)为约4V稳压输出引脚(充1节锂离子电池),外接抗干扰电容正极。
  V+(脚)模块电源正电压输入引脚,要求6V≤V+≤7V。
  应用电路 PS1719模块专用于3.6V锂离子电池充电,也可用于三节镍镉或镍氢电池充电。其典型应用电路如图4所示。

图4

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电池基电源管理系统的设计分析

PXA270的电池充电及电量计量的设计

以PXA270芯片为处理器,利用2种高性能芯片LM3658和DS2786设计了电池充电与电量计量模块...

发表于 2011-09-15 18:13 528次阅读
PXA270的电池充电及电量计量的设计

电动车电池的分段恒流充电方案

为了在实现快速 充电 的同时又不影响电池寿命,关键是要使快速充电过程具有自适应性,即根据电池的实际状...

发表于 2011-09-09 18:27 917次阅读
电动车电池的分段恒流充电方案

锂离子将成为全球最主要的充电电池技术

据IHS公司的充电电池专题报告,由于价格下滑,以及来自电动和混合动力汽车市场的需求推动, 锂离子 将...

发表于 2011-08-31 09:18 324次阅读
锂离子将成为全球最主要的充电电池技术

为便携式系统设计线性锂离子电池充电器

由于下一代电池的开发速度跟不上摩尔定律的步伐,所以需要可提供更好性能的高度集成、功能丰富的IC产品。...

发表于 2011-08-25 14:16 492次阅读
为便携式系统设计线性锂离子电池充电器

锂离子动力电池组的监测系统设计

本课题主要研究锂离子动力电池组的监测系统,该系统是基于AVR 单片机开发的,可对蓄电池的单体电压、充...

发表于 2011-08-17 15:40 709次阅读
锂离子动力电池组的监测系统设计

TI推出业界最高精度锂离子电池监控器

德州仪器 (TI) 宣布推出一款电池管理集成电路,其不但可延长充电锂离子电池组的使用寿命,而且还可最...

发表于 2011-05-30 08:45 612次阅读
TI推出业界最高精度锂离子电池监控器

7S锂离子电池保护电路原理

目前最多只有做到4节串联的,因此不少工程师在设计大于4节的锂离子电池保护电路时,会感到资料太少,或缺...

发表于 2011-05-06 12:01 1456次阅读
7S锂离子电池保护电路原理

锂离子可充电电池串联保护系统设计

本文介绍了一种严格、周密的充、放电保护系统的设计方案。该方案采用充电、放电分离的控制方式

发表于 2011-05-05 10:21 2007次阅读
锂离子可充电电池串联保护系统设计

MAX14578AE/MAX14578E USB...

MAX14578E/MAX14578AE是USB充电器USB电池充电检测与1.1版兼容。该USB充电...

发表于 2011-04-14 17:58 680次阅读
MAX14578AE/MAX14578E USB...

USB供电的单节NiMH电池开关模式充电器电路

一节AA型NiMH电池供电,利用USB充电。DS2710充电器开关频率大约为150kHz,电池充电电...

发表于 2011-02-01 12:59 1777次阅读
USB供电的单节NiMH电池开关模式充电器电路

USB电池充电基础:应急指南

USB电源最有用的一个功能是能够为便携装置的电池充电。但是,无论是USB电源还是其它电源,电池充电都...

发表于 2011-02-01 12:53 2586次阅读
USB电池充电基础:应急指南

USB电池充电基础

USB规范已经经历了几代电源管理技术。最初的USB 1和USB 2.0规范规定了两种类型的电源(分别...

发表于 2011-01-29 10:04 18706次阅读
USB电池充电基础

电池充电的解决方案分析

电池充电解决方案 事实上,所有3G手机都采用锂离子电池作为主电源。由于散热及空间的限制,设计师必须...

发表于 2010-11-24 11:06 931次阅读
电池充电的解决方案分析

Intersil推出汽车级锂离子电池管理系统和安...

  全球高性能模拟混合信号半导体设计和制造领导厂商Intersil公司今天宣布,推出HEV/EV系统...

发表于 2010-11-10 08:50 304次阅读
Intersil推出汽车级锂离子电池管理系统和安...

电池充电应用线路图

图中所示是用W317三端可调式正集成稳压器组成的电池充电应用线路.图示线路A中给出了恒压限流充电器的...

发表于 2010-10-18 14:42 1280次阅读
电池充电应用线路图

嵌入式Linux技术在工业控制网络中的应用

  随着Internet的飞速发展,网络应用越来越广泛,对各种工业控制设备的网络功能要求也越来越高。...

发表于 2010-08-17 11:36 179次阅读
嵌入式Linux技术在工业控制网络中的应用

锂离子电池保护电路设计

  锂电池必须考虑充电、放电时的安全性,以防止特性劣化。但锂离子电池能量密度高,难以确保电池的安全性...

发表于 2010-08-16 09:16 1130次阅读
锂离子电池保护电路设计

绿色产业国际博览会青岛展环保新科技 锂离子电池给...

发表于 2010-07-04 12:43 202次阅读
绿色产业国际博览会青岛展环保新科技 锂离子电池给...