【蓝狮平台资讯】深入一点再谈锂电池

深入一点再谈池

最近几年技术上。的容量比现在大批量出产的任何可充电电池（如 NiCd NiMH 电池）的容量都大。尽管以体积为衡量规范时的容量仅比相同体积巨细的NiMH 电池容量仅大10%~30%，但是对于便携式设 备体积巨细并非其仅有重要指标，设备的轻重度相同很重要。当以单位分量计算储能多少时的优势一下体现出来了。NiMH 电池相对锂而言要重些，同等质量的容量相比将近是NiMH 电池的 两倍。 

    当然，也有许多缺乏或限制，如对过充电和过放电非常灵敏。为了最大限度的给电池储能，必须将电池充电至其最大电压，但是过压充电或许对形成永久性损坏。相同也不能过流充放电。一起亦有放电正告：重复放电到一个太低的电压或许下降的容量。 

    因而，为了维护免遭损坏，对其充放电时必须限定电流电压。大多数内部都具有某种类型的欠压和过压断路电路。除此之外，典型的内部还包含避免过流的保险丝和当高压出现时断开电池的开关，避免电池被损坏。NiCd NiMH 电池需要电流源充电，而与之不同它需要以电流源结合电压源办法充电。对压充电电压很灵敏，因而为了取得最大限度的储能又不至损坏电池，大多数充电器充电电压维持在额外输出值 1 %容限规模内。选用更小的容限充电可取得稍多一点储能，考虑到其额外开支和完成难度，这通常是因小失大。 

    封装内常常包含有维护效果的MOSFET开关，当过压或欠压时断开电池回路。这些维护MOSFET 开关使完成了交替充电模式，既当选用无电压限制的恒流源对其充电时MOSFET 开关依据需要主动闭合，主动断开使电池电压维持在适当值。电池的电容有助于减慢电池电压上升，但必须留意：当频率改变时其容值改变很大，并且每一个电池的电容值都不一致。 

    间歇式负载在某些运用场合其作业电流超出了主电池负载才能。一种解决办法是配置一附加的可充电电池在大电流作业期间供给额外电流。之后主电池对辅助电池又充电以备下一个用电高峰期运用。双向寻呼机对这种处理运用供给了一个很好的范例。通常景象下，寻呼机靠独自一个AA 型碱性蓄电池供电，但是当机器作业于发射期时，独自一个碱性电池供给的电流太小，不能满意体系电流要求。因而体系又装备了一个 NiCd 电池在机器发射期 间向体系供电，在发射过程结束后（占绝大部分时刻）它又被主电池充电。

便携式电子产品以电池作为电源。跟着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开宣布许多新型电池。除我们较了解的高功能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的。本文首要介绍有关的基本知识。这包含它的特性、首要参数、类型的含义、运用规模及运用留意事项等。 
　　锂是一种金属元素，其化学符号为Li(其英文名为lithium)，是一种银白色、非常柔软、化学功能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了运用于原子能工业外，可制作特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及。在中它用作电池的阳极。 
　　也分红两大类：不行充电的及可充电的两类。不行充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能复原回化学能(或许复原功能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能贮存起来，在运用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能 化学能的首要特点 
　　灵活型便携式电子产品要求尺度小、分量轻，但电池的尺度及分量与其它电子元器材相比往往是最大的及最重的。例如，想当年的“大哥大”是适当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻盈。其中电池的改善是起了重要效果的：曩昔是镍镉电池，现在是的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位分量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表明。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(分量单位)，L是升(体积单位)。这儿举一个例来阐明：5号镍镉电池的额外电压为1?2V，其容量为800mAh，则其能量为0?96Wh(1?2V×0?8Ah)。相同尺度的5号锂－二氧化锰电池的额外电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3?6Wh。这两种电池的体积是相同的，则锂－二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3?75倍! 
　　一节5号镍镉电池约重23g，而一节5号锂－二氧化锰电池约重18g。一节锂－二氧化锰电池为3V，而两节镍镉电池才2?4V。所以选用时电池数量少(使便携式电子产品体积减小、分量减轻)，并且电池的作业寿命长。 
　　别的，具有放电电压稳定、作业温度规模宽、自放电率低、贮存寿命长、无记忆效应及无公害等长处。 
　　的缺点是价格贵重，所以现在尚不能普遍运用，首要运用于掌上计算机、PDA、通讯设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。跟着技术的发展、工艺的改善及出产量的增加，的价格将会不断地下降，运用上也会更普遍。 
不行充电的 
　　不行充电的有多种，现在常用的有锂－二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。 
　　1?锂－二氧化锰电池(Li?MnO2) 
　　锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并选用有机电解液的一次性电池。该电池的首要特点是电池电压高，额外电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；停止放电电压为2V；比能量大(见上面举的比如)；放电电压稳定牢靠；有较好的贮存功能(贮存时刻3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2％)；作业温度规模－20℃～＋60℃。 
　　该电池能够做成不同的外形以满意不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺度。这儿罗列我们较了解的1＃(尺度代码D)、2＃(尺度代码C)及5＃(尺度代码AA)电池的首要参数，如表1所示。 
　　类型中的CR表明为圆柱形锂－二氧化锰电池；五位数字中，前两位表明电池的直径,后三位表明带一位小数的高度。例如，CR14505，其直径为14mm，高度为50?5mm(这种类型是通用的)。 
　　这儿要指出的是不同工厂出产的同类型的电池其参数或许有些不同。别的，表1中的规范放电电流值是较小的，实际放电电流能够大于规范放电电流，并且接连放电及脉冲放电的允许放电电流也不同，由电池厂供给有关数据。例如，力兴电源公司出产的CR14505给出最大接连放电电流为1000mA，最大脉冲放电电流可达2500mA。 
　　照相机顶用的多半是锂－二氧化锰电池。这儿将照相机中常用的锂－二氧化锰电池列入表2，供参考。 
　　纽扣式(扣式)电池尺度较小，其直径为12?5～24?5mm，高度为1?6～5?0mm。几种较常用的扣式电池如表3所示。 
　　表3中的类型CR为圆柱形锂－二氧化锰电池，后四位数字中前两位为电池的直径尺度，后两位为带小数点的高度尺度。例如，CR1220的直径为12?5mm(不包含小数点后的数)，其高度为2?0mm。这种类型表明办法是国际通用的。 
　　这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等。 
　　2?锂－亚硫酰氯电池(Li?SOCl2) 
　　锂－亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，现在可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的额外电压是3?6V，以中等电流放电时具有极端平整的3?4V放电特性(可在90％容量规模内平整地放电，坚持不大的改变)。电池能够在－40℃～＋85℃规模内作业，但在－40℃时的容量约为常温容量的50％。自放电率低(年自放电率≤1％)、贮存寿命长达10年以上。 
　　常见的1＃、2＃及5＃圆柱形锂－亚硫酰氯电池的参数如表4所示。 
　　以1＃(尺度代码D)镍镉电池与1＃锂－亚硫酰氯电池的比能量作一个比较：1＃镍镉电池的额外电压为1?2V，容量为5000mAh；1＃锂－亚硫酰氯的额外电压为3?6V，容量为10000mAh，则后者的比能量比前者大6倍! 
运用留意事项 
　　上述两种是一次性电池，不行充电(充电时有风险!)；电池正负极之间不行短路；不行以过大电流放电(超越最大放电电流放电)；电池运用至停止放电电压时，应从电子产品中及时取出；用完的电池不行挤压、焚烧及拆卸；不行超越规则温度规模运用。 
　　因为的电压高于一般电池或镍镉电池，运用时不要搞错避免损坏电路。经过了解类型中的CR、ER就能够知道它的种类及额外电压。在购买新电池时，必定要按原来的类型来买，不然会影响电子产品功能。▲ 
可充电的 
　　可充电的有多种，如锂-钒氧化物电池，锂离子电池及国外新开发的锂-相比，其比能量是最小的。该类圆柱形电池的首要参数如表6所示。从表6可看出，其充电次数(循环寿命)也不长，所以这种可充电电池不久就由锂离子电池代替了。 
2. 锂离子电池(Li-Ion) 
　　锂离子电池是现在运用最为广泛的，它依据不同的电子产品的要求能够做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。 
锂离子电池的额外电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充溢电时的停止充电电压与电池阳极资料有关：阳极资料为石墨的4.2V；阳极资料为焦炭的4.1V。不同阳极资料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有不同，如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。锂离子电池的停止放电电压为2.5V～2.75V(电池厂给出作业电压规模或给出停止放电电压，各参数略有不同)。低于停止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。 
　　锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会下降放电时刻(内部会发生较高的温度而损耗能量)。因而电池出产工厂给出最大放电电流，在运用中应小于最大放电电流。 
锂离子电池对温度有必定要求，工厂给出了充电温度规模、放电温度规模及保存温度规模。 
锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精细的充电电路以确保充电的安全。停止充电电压精度允差为额外值的±1%(例如，充4.2V的锂离子电池，其允差为±0.042V)，过压充电会形成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应依据电池出产厂的建议，并要求有限流电路避免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C～1C（C是电池的容量，如C=800mAh，1C充电率即充电电流为800mA）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以避免过热损坏电池或发生爆破。 
　　锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到挨近停止电压时改为恒压充电，其充电特性如图2所示。这是一种800mAh容量的电池，其停止充电电压为4.2V。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压挨近4.2V时，改成4.2V恒压充电，电流渐降，电压改变不大，到充电电流降为1/10C(约80mA)时，认为挨近充溢，能够停止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器，过必定时刻后结束充电)。 
　　各种锂离子电池的类型中的6位数字，前两位为高度尺度，中心两位为宽度尺度，后两位为长度尺度(mm)。例如LIS063048，其高为6.7mm，宽为29.9mm，长度为48mm。 
　　类型的四位数字中，前两位为直径，后两位为带一位小数点的高度尺度。例如LIR2025，它的直径为20mm，高度为2.5mm。

锂离子电池维护元件及维护电路 
　　锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会形成电池的损坏或下降运用寿命。为此，开宣布各种维护元件及由维护IC组成的维护电路。它安装在电池或电池组中，使电池取得完善的维护。 
1. 正温度系数聚合物维护元件 
　　Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自复式条状维护元件，它专门用于锂离子电池或镍氢电池组作过流或过热维护。它在正常温度时本身电阻极低(如VLR230的阻值为0.015Ω)，一旦超越阈值电流或阈值温度，电阻会急剧升高而起到维护效果(该维护元件串联在电池电路中，有的安装在电池中)。元件的特性如图3所示，电路如图4所示。 
这种维护元件在有短路及过充或过放状况发生时，发生很多的热使电池温度升高，因为维护元件的高阻抗而得到维护。当故障扫除或断开电路时，它有自复效果(即回到低阻抗)。 
在60℃以下VLR170可供给700mA、VLR230可供给900mA充电或放电电流。两元件耐压均为12V。 
2. 锂离子维护器IC 
　　Texas公司最近开宣布内部集成了MOSFET开关的锂离子电池维护器IC，其尺度仅为4.55×3.44×0.88mm(类型为VCC3952A)，它适用于4mm厚的手机锂离子电池作维护用。它外部仅需要一个0.1μF的表面贴装式电容。器材作业电流5μA，可经过3A电流，有4.2V～4.35V四个规范过压电压。它还可用于单锂离子电池中。 
　　本刊2000年第5期发表了“锂-离子电池维护器IC—AIC1811”一文。该文较具体地介绍了它的作业原理及有关电路，这儿不再介绍。 
　　最近Dallas公司开发了高精度锂离子电池监控器DS2760。它包含一个锂离子电池维护电路及一个25mΩ的电流灵敏电阻(电流检测电阻)，该器材是3.25×2.75mm管芯封装。其中有10位电流A/D变换器、10位电压A/D变换器、一个正负10位温度传感器及EEPROM等。它选用单线与主体系通讯来控制电池的充、放电，全面地维护锂离子电池。有爱好的读者可从网上查阅该监控器的有关内容(网址：http://www.dalsemi.com)。

　　运用留意事项 
　　锂离子电池运用留意事项除与上述不行充电的相同外，在充电方面还应留意以下几点： 
1. 锂离子电池有4.1V及4.2V停止充电的不同种类，因而在充电时留意的是4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电，不然会有过充的风险(4.1V与4.2V的充电器用的充电器IC是不同的!)。 
2. 对电池充电时，其环境温度不能超越产品特性表中所列的温度规模。 
3. 不能反向充电。 
4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(尽管额外电压相同，都是3.6V)，但充电办法不同，容易形成过充。 
在放电方面应留意以下几点： 
1. 锂离子电池放电电流不能超越产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较大时，会发生较高的温度(损耗能量)，削减放电时刻，若电池中无维护元件会发生过热而损坏电池。 
2. 不同温度下放电曲线是不同的，如图5所示。从图中能够看出，在不同的温度下，其放电电压及放电时刻也不同。在-20℃放电时状况最差。 
在贮存方面： 
1. 电池若长时间贮存，要坚持在50%放电态。 
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。 
3. 要远离热源，也不要置于阳光直射的地方。