锂离子电池

硬件工程师 2019-03-19 00:01

前言:小编我不是做BMS的。

说到锂离子电池,一般做硬件的人,都应该想到一下几个部分:

电芯,电量计,电池保护板,电池充电电路。


For example,电池参数:


电芯:

根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(li thiumion battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer li thiumion battery,简称为LIP)两大类。

记住:锂离子电池没有记忆效应(如镍镉电池,长期不彻底充电、放电,易在电池内留下痕迹,降低电池容量的现象)

即cell,有单芯,双芯,3芯,4芯。

每种材料的电芯能量密度不一样,便会造成同样wh的电池,大小不一致。

例如:聚合物电池,结构在预留电池空间的时候,需要粗略计算出可达到的电池容量,就是根据能量密度来计算的。


电量计:

又称库仑计,有专用的IC,可以显示剩余容量,满充容量,百分比容量,电压,电流,温度等。

在电池的正极或者负极串入一个电流检测电阻,一旦有电流流入或者流出电池时,就会在电阻的两端产生电压Vsense,通过检测Vsense就可以计算出流过电池的电流。该电流与时间做积分就是变化的电量,因此其可以精确跟踪电池的电量变化,精度可达1%。

影响电量计的因素众多:电芯类型,温度,负载,采样精度,老化等等。

库仑计一般都存在电池初次预估误差大的问题,且电流电阻的精度直接影响了电量的精度。这时候一般的做法是,做几个充放电循环,可以校准。

一般电池出厂前,必须有一个“learning”过程,即电池进行一次完整的充放电,电量计在此过程中记录下充放电曲线即其相关数据,存放在内部寄存器中,没一次完整的深度充放电过程,它就会自己学习一次,重新记录参数校准,避免了电池老化等其他因素造成的电池容量偏差不准确。


电池保护板:

检测过压、欠压、过流、短路、过温状态,保护并延长电池使用寿命;

来个小插曲:小编那时候在调试充电IC的时候,就遇到过8.4V的锂电池直接冒烟了,原因是充电IC坏了,导致后端电压达到12V,而刚好此电池没自带保护板,令人痛心的是,还不止一块冒烟,真的是冒着生命危险在debug呀。(那时候还是在周日,公司就我一个)

所有的锂电池爆炸都是由于短路引起的电池发热造成的,而引起短路的原因又有过充、过放、正负极直接对接,电解质泄漏等。所以,在锂电池设计中,可从以下几点着手:
  1、禁止电池过充到4.2V以上;
  2、禁止电池过放到2.75V以下;
  3、在金属外壳上装上防爆阀;
  4、工艺过程中防短路。

充满电后,请断开电池。绝不允许电池在满充电压下(如4.20V下)停留超过几个小时,不然的话会有爆炸的危险。

一般硬件电路的措施是关掉充电IC的使能,或关掉给电池充电通路的Pmos,当然保护板会先触发动作。


充电电路:

锂电池尽量避免电池电量完全放放再充电,如我们手机,尽量在提示低于20%时候,即可以充电。

充电分三个阶段:预充、恒流充电、恒压充电。

充电电流在0.1C-0.2C之间时,我们称为慢速充电。充电电流大于0.2C,小于0.8C则是快速充电。而当充电电流大于0.8C时,我们称之为超高速充电。


题外话:小编会忙很长一段时间,以后将大幅减少推文,当然欢迎大家在菜单栏找到加入“硬件工程师交流群”的二维码。当然有好文章的也可以分享给我,谢谢!(可以的)


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最后,献上小编的手机铃声:

硬件工程师 分享电路设计知识,并助于在实际中应用。
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