有关锂电池过充电、过放电、短路保护电路的解析-瑞达国际集团

　　有关锂电池过充电、过放电、短路保护电路的解析

　　该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01，充、放电控制MOSFET1(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成，单体锂电池接在B+和B-之间，电池组从P+和P-输出电压。充电时，充电器输出电压接在P+和P-之间，电流从P+到单体电池的B+和B-，再经过充电控制MOSFET到P-。

　　在充电过程中，当单体电池的电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到2.30V时，DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，DW01的CS脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断，从而实现过电流或短路保护。二次锂电池的优势是什么?1.高的能量密度2.高的工作电压3.无记忆效应4.循环寿命长5.无污染6.重量轻7.自放电小锂聚合物电池具有哪些优点?1.无电池漏液问题，其电池内部不含液态电解液，使用胶态的固体;2.可制成薄型电池：以3.6V400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm;3.电池可设计成多种形状;4.电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲900左右;5.可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压;6.容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。IEC规定锂电池标准循环寿命测试为：电池以0.2C放至3.0V/支后;1.1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环);反复循环500次后容量应在初容量的60%以上;国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准);电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后，以1C恒流恒压充电到4.2V，截止电流10mA，在温度为20+_5下储存28天后，再以0.2C放电至2.75V计算放电容量。什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少?自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言，自放电主要受制造工艺，材料，储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言，电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用，BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后，在温度为20度湿度为65%条件下，开路搁置28天，0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。与其它充电电池系统相比，含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低，在25下大约为10%/月。什么是电池的内阻，怎样测量?电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。交流内阻测试方法为：利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1000HZ，50mA的恒定电流，对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值。什么是电池的内压电池，正常内压一般为多少?电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力。主要受电池材料制造工艺，结构等使用过程因素影响。一般电池内压均维持在正常水平，在过充或过放情况下，电池内压有可能会升高。如果复合反应的速度低于分解反应的速度，产生的气体来不及被消耗掉，就会造成电池内压升高。什么是内压测试?锂电池内压测试为：(UL标准)模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下，检验电池是否漏液或发鼓。具体步骤：将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V，截止电流10mA，然后将其放在气压为11.6Kpa，温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时，电池不会爆炸，起火，裂口，漏液。环境温度对电池性能有何影响?在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢，电池充放电性能也会受到影响。但温度太高，超过45，会破坏电池内的化学平衡，导致副反应。过充电的控制方法有哪些?为了防止电池过充，需要对充电终点进行控制，当电池充满时，会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。一般有以下六种方法来防止电池被过充：1.峰值电压控制：通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点;2.dT/dt控制：通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点;3.T控制：电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大;4.-V控制：当电池充满电达到一峰值电压后，电压会下降一定的值;5.计时控制：通过设置一定的充电时间来控制充电终点，一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制;6.TCO控制：考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电，因此当电池温度升高60时应当停止充电。什么是过充电，对电池性能有何影响?过充电是指电池经一定充电过程充满电后，再继续充电的行为。由于在设计时，负极容量比正极容量要高，因此，正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合。故一般情况下，电池的内压不会有明显升高，但如果充电电流过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液，等不良现象。同时，其电性能也会显着降低。什么是过放电，对电池性能有何影响?电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，通常根据放电电流来确定放电截止电压。0.2C-2C放电一般设定1.0V/支，3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支，电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放，或反复过放对电池影响更大。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。不同容量的电池组合在一起使用，会出现什么问题?如果将不同容量或新旧电池混在一起使用，有可能出现漏液，零电压等现象。这是由于充电过程中，容量差异导致充电时有些电池被过充，有些电池未充满电，放电时有容量高的电池未放完电，而容量低的则被过放。如此恶性循环，电池受到损害而漏液或低(零)电压。什么是电池的爆炸，怎样预防电池爆炸?电池内的任何部分的固态物质瞬间排出，被推至离电池25cm以上的距离，称为爆炸。判别电池爆炸与否，采用下述条件实验。将一网罩住实验电池，电池居于正中，距网罩任何一边为25cm。网的密度为6-7根/cm，网线采用直径为0.25mm的软铝线，如果实验无固体部分通过网罩，证明该电池未发生爆炸。锂电池串联问题由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间，也会产生这样或那样的差异。如同一位母亲生的双胞胎，刚生下时可能长得一模一样，做为母亲都很难分辨。然而，在两个孩子不断成长时，就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样。使用一段时间产生差异后，采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的，如一个36V的电池堆，必须用10只电池串联。整体的充电控制电压是42V，而放电控制电压是26V。用整体电压控制方式，初始使用阶段由于电池一致性特别好，也许不会出现什么问题。在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状态，(不一致是绝对的，一致性是相对的)这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的。例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V，四只电池的电压是3.2V，四只是3.4V，现在的整体电压是32V，我们让它继续放电一直工作到26V。这样，那两只2.8V的电池就低于2.6V处于了过放状态。锂电池几次过放就等于报废。反之，用整体电压控制充电的方式进行充电，也会出现过充的状况。比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时，那两只2.8V的电池处于"饥饿"的状态，而迅速吸收电量，就会超过4.2V，而过充的超过4.2V的电池，不仅由于电压过高产生报废，甚至还会发生危险，这就是锂动力电池的特性。锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。现在使用的大部分是4.2V的，锂离子电池的终止放电电压为2.5V～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)。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等。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、十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。不可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，不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。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储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能化学能锂电池的主要特点。灵巧型便携式电子产品要求尺寸小重量轻，但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时;kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。这里举一个例来说明：5号镍镉电池的额定电压为1.2V，其容量为800mAh，则其能量为0.96Wh(1.2V×0.8Ah)。同样尺寸的5号锂-二氧化锰电池的额定电压为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375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。所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减小重量减轻)，并且电池的工作寿命长。另外，锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前尚不能普遍应用，主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、特种、特种、仪器等。随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加，锂电池的价格将会不断地下降，应用上也会更普遍。不可充电的锂电池不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂-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(LiMnO2)锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍);终止放电电压为2V;比能量大(见上面举的例子);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%);工作温度范围-20℃～+60℃。该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，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寸。这里列举大家较熟悉的1#(尺寸代码D)、2#(尺寸代码C)及5#(尺寸代码AA)电池的主要参数。CR表示为圆柱形锂-二氧化锰电池;五位数字中，前两位表示电池的直径,后三位表示带一位小数的高度。例如，CR14505，其直径为14mm，高度为50.5mm(这种型号是通用的)。这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有些差别。另外，标准放电电流值是较小的，实际放电电流可以大于标准放电电流，并且连续放电及脉冲放电的允许放电电流也不同，由电池厂提供有关数据。例如，力兴电源公司生产的CR14505给出最大连续放电电流为1000mA，最大脉冲放电电流可达2500mA。照相机中用的锂电池多半是锂-二氧化锰电池。纽扣式(扣式)电池尺寸较小，其直径为12.5～24.5mm，高度为1.6～5.0mm。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寸，后两位为带小数点的高度尺寸。例如，CR1220的直径为12.5mm(不包括小数点后的数)，其高度为2.0mm。这种型号表示方法是国际通用的。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(LiSOCl2)锂-亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，目前可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的额定电压是3.6V，以中等电流放电时具有极其平坦的3.4V放电特性(可在90%容量范围内平坦地放电，保持不大的变化)。电池可以在-40℃～+85℃范围内工作，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%)、储存寿命长达10年以上。以1#(尺寸代码D)镍镉电池与1#锂-亚硫酰氯电池的比能量作一个比较：1#镍镉电池的额定电压为1.2V，容量为5000mAh;1#锂-亚硫酰氯的额定电压为3.6V，容量为10000mAh，则后者的比能量比前者大6倍!应用注意事项上述两种锂电池是一次性电池，不可充电(充电时有危险!);电池正负极之间不可短路;不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电);电池使用至终止放电电压时，应从电子产品中及时取出;用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸;不可超过规定温度范围使用。由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池，使用时不要搞错以免损坏电路。通过熟悉型号中的CR、ER就可以知道它的种类及额定电压。在购买新电池时，一定要按原来的型号来买，否则会影响电子产品性能。