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锂离子电池使用和维护
2021-08-06来源:admin

概述

掌握锂离子电池的使用和维护技术,可以延长锂离子电池的使用寿命和保持电池的优越性能。

锂离子电池放电

放电终止电压:锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V),终止放电电压为2.5-2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同)。电池的放电终止电压不应小于2.5(n是串联的电池数),低于终止放电电压继续放电称为过放,过放会使电池寿命缩短,严重时会导致电池失效。电池不用时,应将电池充电到保有20%的电容量,再进行防潮包装保存,3~6个月检测电压1次,并进行充电,保证电池电压在安全电压值(3V以上)范围内。

放电电流:锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时内部会产生较高的温度而损耗能量,减少放电时间,若电池中无保护元件还会产生过热而损坏电池。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中不能超过产品特性表中给出的最大放电电流。

放电温度:不同温度下的放电曲线是不同的。在不同温度下,锂离子电池的放电电压及放电时间也不同,电池应在-20℃到+60℃温度范围内进行放电(工作)。

锂离子电池充电

在使用锂电池中应注意的是,电池放置一段时间后则进入休眠状态,此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活,只要经过3-5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应。因此用户手机中的新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。

对锂离子电池充电,应使用专用的锂离子电池充电器。锂离子电池充电采用“恒流/恒压”方式,先恒流充电,到接近终止电压时改为恒压充电。如一种800mA.h容量的电池,其终止充电电压为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上升,当电池电压接近4.2V时,改成4.2V恒压充电,锂电池电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约80mA)时,认为接近充满,可以终止充电(有的充电器到10C后启动定时器,过一定时间后结束充电)。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(虽然额定电压一样,都是3.6V),由于充电方式不同,容易造成过充。

充电电压:充满电时的终止充电电压与电池负极材料有关,焦炭为4.1V,而石墨为4.2V,一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。在充电时应注意4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电,否则会有过充危险(4.1V与4.2V的充电器所用的充电器IC不同)。锂离子电池对充电的要求是很高的,它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如,充4.2V的锂离子电池,其允差为±0.042V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。

充电电流:锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25~1C,推荐的充电电流为0.5C(C是电池的容量,如标称容量1500mA.h的电池,充电电流0.5*1500=750mA)。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止因过热而损坏电池或产生爆炸。

充电温度:对电池充电时,其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。电池应在0~45℃温度范围内进行充电,远离高温(高于60℃)和低温(-20℃)环境。

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,会造成电池的损坏或降低使用寿命。为此开发出各种保护元件及由保护IC组成的保护电路,它安装在电池或电池组中,使电池获得完善的保护。但是在使用中应尽可能防止过充电及过放电。例如,手机电池在充电过程中,快充满时应及时与充电器进行分离。放电深度浅时,循环寿命会明显提高。因此在使用时,不要等到手机上出现电池不足的信号时才去充电,更不要在出现此信号时继续使用,尽管出现此信号时还有一部分残余容量可供使用。

贮存和运输

锂离子电池可贮存在温度为-5~35℃,相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的环境中,应避免与腐蚀性物质接触,远离火源及热源,不要置于阳光直射的地方,不能随意拆卸电池。电池若长期贮存,电池电量应保持标称容量的30%~50%,推荐贮存的电池每6个月充电一次。

电池应包装成箱进行运输,在运输过程中应防止剧烈振动、撞击或挤压,防止日晒雨淋,可使用汽车、火车、轮船、飞机等交通工具进行运输。

短路

关于锂离子电池的安全问题,请各位朋友重视。锂离子电池在充电过程中很容易发生短路情况。

虽然大多数锂离子电池都带有防短路的保护电路,还有防爆线。但很多情况下,这个电路在各种情况下,不一定会起作用。防爆线能起的作用也很有限。

过充

所有的锂离子电池,包括聚合物锂离子电池、锂铁电池等等,都非常害怕过充。

锂离子电池如果充电时间过长,发生的爆炸的可能性就会加大。

锂的化学性质非常活泼,很容易燃烧,当电池充放电时,电池内部持续升温,活化过程中所产生的气体膨胀,使电池内压加大。压力达到一定程度,如外壳有伤痕,即会破裂,引起漏液、起火,甚至爆炸。

所以,大家在使用锂离子电池的时候要非常注意安全。

充电

充电是电池重复使用的重要步骤,锂离子电池的充电过程分为两个阶段:恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段,电池电压逐步升高到电池的标准电压,随后在控制芯片下转入恒压阶段,电压不再升高以确保不会过充,电流则随着电池电量的上升逐步减弱到设定的值,而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后,放电曲线会发生改变,锂离子电池虽然不存在记忆效应,但是充、放电不当会严重影响电池性能。

充电注意事项

锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷,而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入;过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构,而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。

充电量等于充电电流乘以充电时间,在充电控制电压一定的情况下,充电电流越大(充电速度越快),充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当,同样会造成电池容量不足,实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电,这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。

放电

第一次充放电,如果时间能较长(一般3-4小时足够),那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态(充足电),放电(或使用)时则强制放到规定的电压、或直至自动关机,如此能激活电池使用容量。

但在锂离子电池的平常使用中,不需要如此操作,可以随时根据需要充电,充电时既不必要一定充满电为止,也不需要先放电。象首次充放电那样的操作,只需要每隔3-4个月进行连续的1-2次即可。

内短路保护

锂离子电池由于材料体系及制成工艺等诸多方面因素的影响,存在发生内短路的风险。虽然锂离子电池在出厂时都已经经过严格的老化及自放电筛选,但由于过程失效及其他不可预知的使用因素影响,依然存在一定的失效概率导致使用过程中出现内短路。对于动力电池,其电池组中锂离子电池多达几百节甚至上万节,大大放大了电池组发生内短的概率。由于动力电池组内部所蕴含的能量极大,内短路的发生极易诱发恶性事故,导致人员伤亡和财产损失。

对于并联的锂离子动力电池模组,当其中一节或几节电池发生内短时,电池模组中的其他电池会对其放电,电池组的能量会使内短电池温度急速升高,极易诱发热失控,最终导致电池起火爆炸。

常规的温度探测在电池升温时,虽然可以告知IC切断主回路,但无法阻止并联电池模组内部的持续放电,并且由于主回路切断,电池模组所有的能量都集中于内短路电池,反而增加了热失控发生的几率。

理想的方案是,在发现某节电池发生内短而升温时,可以切断该节电池与模组中其他电池的连接回路。在单节电池上组装TE PPTC或者MHP-TA系列产品,当内短路发生时TE保护器件可以有效地阻断内短路电池与模组内其他电池的联系,防止恶性事故的发生。对于单体电池数量大的动力电池组,配组时对电池及器件内阻一致性要求较高,而MHP-TA由于其内部双金属结构,器件电阻的一致性非常好,可以极大地满足对于电池内阻的要求。

锂离子动力电池的系统组成及实际路况复杂,被动器件的防护是必不可少的。


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