鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

2020-04-27 09:45:25TOP數碼網編輯:小雨評論

鋰離子電池的充電過程可以分為四個階段:涓流充電(低壓預充)、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓,從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命,簡化充電器的操作,其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。

鋰電池的充電方式是限壓恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充電方式是:先檢測待充電電池的電壓,如果電壓低于3V,要先進行預充電,充電電流為設定電流的1/10,電壓升到3V后,進入標準充電過程。標準充電過程為:以設定電流進行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為 4.20V。此時,充電電流逐漸下降,當電流下降至設定充電電流的1/10時,充電結束。下圖為充電曲線:

鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

階段1:涓流充電——涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預充(恢復性充電)。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電,涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例,則涓流充電電流為100mA), 

階段2:恒流充電——當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節電池設定的此電壓為3.0-4.2V.

階段3:恒壓充電—— 當電池電壓上升到4.2V時,恒流充電結束,開始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續充電電流由最大值慢慢減少,當減小到0.01C時,認為充電終止。(C是以電池標稱容量對照電流的一種表示方法,如電池是1000mAh的容量,1C就是充電電流1000mA。) 

階段4:充電終止——有兩種典型的充電終止方法:采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結合)。最小電流法監視恒壓充電階段的充電電流,并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時,持續充電兩個小時后終止充電過程。

上述四階段的充電法完成對完全放電電池的充電約需要2.5至3小時。高級充電器還采用了更多安全措施。例如如果電池溫度超出指定窗口(通常為0℃至45℃),那么充電會暫停。充電結束后,如檢測到電池電壓低于3.89V將重新充電。

鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

圖:可以對短路的電池激活的充電方法

鋰電池的充電原理和充電過程,分為四個階段

圖:充電流程

手機充電器的工作流程一般為: 1. 檢測電池的電壓,如果低于一個閾值電壓,就要進行涓流充電; 2. 電池充到一定電壓(一般設置為2.9V)時,進行全電流充電; 3. 當電池電壓達到預置電壓(鋰離子電池一般為4.2V)時,開始恒壓充電,同時充電電流降低; 4. 當電流逐漸減小到規定的值時,充電過程結束。

對于電壓過低的電池需要進行預充,電池電壓低于2.5V(Vshort)時,鋰離子電池充電器用25mA的電流預充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發生危險。

充電終止檢測除電壓檢測外,還需采用其他的輔助方法作為防止過充的后備措施,如電池溫度監測,檢測電池溫度用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度,當電池溫度超出設定范圍時關閉對電池充電。

限定充電時間,為電池提供附加保護。

除了上面的流程描述,它還具有自動重新充電、最小電流終止充電等特性。 一般來說,恒壓充電結束時的小電流充電過程中,電流的大小一般為恒流充電時電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設計中,對手機充電結束后由于某種因素放電的情況而專門設計了檢測電路,一旦檢測到電池電壓降低,就會重新啟動充電過程。

軟件要做的工作是設置進入快速充電的電壓閾值,進入恒壓充電的電壓閾值,充電超時時間,恒流充電的電流值,恒壓充電的電壓值,充電結束的電流閾值,中斷處理,提供sys接口給上層都充電的狀態,包括電池的類型,電池最高電壓,電池最低電壓,電池當前電壓,電池電量的百分比,電池的狀態,充電電流和電池溫度等等。

可以用測量電壓的方法估算電池剩余容量:

4.20V----100%

3.95V----75%

3.85V----50%

3.73V----25%

3.50V----5%

2.75V----0%

隨著科技的進步,鋰電池的性能不斷提升,充電過程也在不斷改進,如目前很多手機支持快速充電,充電流程是:恒流充電——恒壓充電——涓流充電。過度充電會影響鋰電池壽命,所以軟件一般設定充至95%左右停止充電。

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