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锂电池充电的原理

admin6年前 (2018-01-12)电子5253

    锂离子电池的充电过程可以分为四个阶段:涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电以及充电终止。

    锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压,从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命,简化充电器的操作,其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。
    锂电池的充电方式是限压恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充电方式是:先检测待充电电池的电压,如果电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。标准充电过程为:以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为 4.20V。此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。下图为充电曲线

                     图1



                                                                       图2

阶段1:涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电,涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例,则涓流充电电流为100mA), 

阶段2:恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C1.0C之间。电池电压随着充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V.

阶段3:恒压充电—— 当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA。) 

阶段4:充电终止——有两种典型的充电终止方法:采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流,并在充电电流减小到0.02C至0.07C范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时,持续充电两个小时后终止充电过程。

上述四阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要2.53小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如如果电池温度超出指定窗口(通常为0℃45℃),那么充电会暂停.

充电结束后,如检测到电池电压低于3.89V将重新充电。

                                            图3

图3是可以对短路的电池激活的充电方法。

上图为充电流程

手机充电器的工作流程一般为: 1. 检测电池的电压,如果低于一个阈值电压,就要进行涓流充电; 2. 电池充到一定电压(一般设置为2.9V)时,进行全电流充电; 3. 当电池电压达到预置电压(锂离子电池一般为4.2V)时,开始恒压充电,同时充电电流降低; 4. 当电流逐渐减小到规定的值时,充电过程结束。
电池电压低于2.5V(Vshort)时,锂离子电池充电器用25mA的电流预充,防止深度放电的锂离子电池在快充时被损坏甚至发生危险。

对于电压过低的电池需要进行预充,电池电压低于2.5V(Vshort)时,锂离子电池充电器用25mA的电流预充,防止深度放电的锂离子电池在快充时被损坏甚至发生危险。

充电终止检测除电压检测外,还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施,如电池温度监测,检测电池温度用电池组温度传感器连续检测电池温度,当电池温度超出设定范围时关闭对电池充电。

限定充电时间,为电池提供附加保护。

除了上面的流程描述,它还具有自动重新充电、最小电流终止充电等特性。 一般来说,恒压充电结束时的小电流充电过程中,电流的大小一般为恒流充电时电流的十分之一。目前在锂离子电池充电器的设计中,对手机充电结束后由于某种因素放电的情况而专门设计了检测电路,一旦检测到电池电压降低,就会重新启动充电过程(见上图)。

软件要做的工作是设置进入快速充电的电压阈值,进入恒压充电的电压阈值,充电超时时间,恒流充电的电流值,恒压充电的电压值,充电结束的电流阈值,中断处理,提供sys接口给上层都充电的状态,包括电池的类型,电池最高电压,电池最低电压,电池当前电压,电池电量的百分比,电池的状态,充电电流和电池温度等等。

可以用测量电压的方法估算电池剩余容量:
 4.20V----100% 
 3.95V----75% 
 3.85V----50% 
 3.73V----25% 
 3.50V----5% 
 2.75V----0% 
    


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