新型多串锂离子电池充电解决方案OZ8981

发表于：2010-07-22 15:04:00

新型的多串锂离子电池充电解决方案OZ8981：安全、高效、低成本

O2Micro – (产品经理) 张卫

锂离子电池以高能量密度、体积小、重量轻等优势，在手机、笔记本电脑市场，它已经完全取代其他电池，拥有100%的占有率；目前，锂离子电池正迅速延伸入电动工具、电动自行车、及其他的应用中，它广阔的市场前景也越来越得到业界的认同。然而与镍氢、镍镉、铅酸电池相比，要更快地推动锂离子电池的应用和发展，我们就必须不断提高它的安全性和使用寿命。本文将从充电器角度，讨论一种新型的充电解决方案以提高锂离子电池的安全性，延长电池使用寿命，同时降低充电器的成本。

在使用电池的过程中，我们常会听到电池业者这样的一句话：“电池使用中坏的少，更多的是被充坏的”。这句话我们可以理解为，不正确的充电条件或方法将更容易损害电池、降低电池的寿命。以18650钴酸锂离子电池为例，（1）充电过温，在70℃左右：电解质界面(SEI)模开始分解并发热；120℃左右：电解质、正极开始热分解，造成析气并使温度迅速上升；在到260℃左右：电池爆炸。（2）充电过压，以过压5.5V来看，锂金属析出，溶剂被氧化，温度上升，产生恶性循环，电池着火、爆炸。可见恶劣的充电方法会对电池特性产生严重的影响。

因此，关于如何充电，我们共同来探讨下面的几个重要的问题，

（1）为什么需要预充功能
　　电池工作电压从2.5V(碳负极电池:3V)(电量:0%)到4.2V(电量:100%). 当电压小于2.5V时, 放电终止. 同时内部保护电路的电流损耗也降为最低(放电回路关闭). 当然,实际应用中, 由于不同的内部材质以及更好的保护电池, 放电终止电压可在2.5V~3.0V范围.当电压超过4.2V时, 充电回路终止，以保护电池安全；而当单体电池工作电压降到3.0V以下,我们即可认为过放电状态，放电回路终止，以保护电池安全. 电池不用时, 应将电池充电到保有20%的电量, 再进行防潮保存.

由于锂离子电池具有较高的能量比, 因此在电池使用中要严格避免过充,过放的现象. 过放会导致活性物质的恢复困难, 此时如果直接进入快速冲电模式(大电流), 会对电池产生损害,影响使用寿命并可能因此带来隐形危险. 先以小电流(C/10)充到2.5V或3.0V,再转换成快充是必要的.

虽然目前锂离子电池在应用中都带有保护板,在正常的情况下,发生过放的几率会很小,但不加预充功能,在以下的情况还是可能带来过放的隐患,
　　1. 保护板失效。
　　2. 长时间放置(5%~10%/月)的自放电率。
　　因此小电流预充功能可有效解决过放电池的充电问题。

　　（2）充电电流是否越大越好

以单体锂离子电池为例, 它的充电方式都包括恒流、恒压充电过程, 恒压通常为4.2V(以LiCoO2电池为例),恒流设置值为0.1C ~ 1C.虽然大电流的充电会缩短充电时间，但也会造成电池生命周期的缩短和容量的降低，因此我们需选择恰当的恒流值进行充电。
下面是一个4.2V/900mAH LiCoO2电芯的不同电流充电与电池容量的关系曲线(参图一), 我们可以看出大约500个充放周期后，小电流充电的电池容量明显大于大电流充电的电池容量。