鋰離子電池的線性和開關(guān)式充電解決方案

鋰離子充電

　　充電或放電速率通常根據(jù)電池容量來表示。這一速度稱為C速率。C速率等于特定條件下的充電或放電電流，定義如下：

　　I=M×Cn

　　其中：

　　I = 充電或放電電流，A

　　M = C的倍數(shù)或分?jǐn)?shù)

　　C = 額定容量的數(shù)值，Ah

　　N = 小時(shí)數(shù)(對(duì)應(yīng)于C)。

　　以1倍C速率放電的電池將在一個(gè)小時(shí)內(nèi)釋放標(biāo)稱的額定容量。例如，如果標(biāo)稱容量是1000mAhr，那么1C的放電速率對(duì)應(yīng)于1000mA的放電電流，C/10的速率對(duì)應(yīng)100mA的放電電流。

　　通常生產(chǎn)商標(biāo)定的電池容量都是指n=5時(shí)，即5小時(shí)放電的容量。例如，上述電池在200mA恒流放電時(shí)能夠提供5小時(shí)的工作時(shí)間。理論上該電池在1000mA恒流放電時(shí)能夠提供1小時(shí)的工作時(shí)間。然而實(shí)際上由于大電池放電時(shí)效能降低，此時(shí)的工作時(shí)間將小于1小時(shí)。

　　那么怎樣才能正確地為鋰離子電池充電呢?鋰離子電池最適合的充電過程可以分為四個(gè)階段：涓流充電、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。參考圖1。

　　階段1：涓流充電——涓流充電用來先對(duì)完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)，先采用最大0.1C的恒定電流對(duì)電池進(jìn)行充電。

　　階段2：恒流充電——當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。恒流充電時(shí)的電流并不要求十分精確，準(zhǔn)恒定電流也可以。在線性充電器設(shè)計(jì)中，電流經(jīng)常隨著電池電壓的上升而上升，以盡量減輕傳輸晶體管上的 散熱問題。

　　大于1C的恒流充電并不會(huì)縮短整個(gè)充電周期時(shí)間，因此這種做法不可取。當(dāng)以更高電流充電時(shí)，由于電極反應(yīng)的過壓以及電池內(nèi)部阻抗上的電壓上升，電池電壓會(huì)更快速地上升。恒流充電階段會(huì)變短，但由于下面恒壓充電階段的時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加，因此總的充電周期時(shí)間并不會(huì)縮短。

　　階段3：恒壓充電—— 當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。為使性能達(dá)到最佳，穩(wěn)壓容差應(yīng)當(dāng)優(yōu)于+1%。

　　階段4：充電終止——與鎳電池不同，并不建議對(duì)鋰離子電池連續(xù)涓流充電。連續(xù)涓流充電會(huì)導(dǎo)致金屬鋰出現(xiàn)極板電鍍效應(yīng)。這會(huì)使電池不穩(wěn)定，并且有可能導(dǎo)致突然的自動(dòng)快速解體。

　　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(shí)器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)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(shí)終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時(shí)計(jì)時(shí)，持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過程。

　　上述四階段的充電法完成對(duì)完全放電電池的充電約需要2.5至3小時(shí)。高級(jí)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(huì)暫停。