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锂离子电池保护电路方法
锂离子电池保护电路方法
  • 发布时间:2020-10-22 17:00

锂离子电池保护电路方法

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目前使用的各类电池中,锂离子电池(也称锂离子二次电池或锂离子蓄电池)是近十几年才发展起来的一种新型电源。锂离子电池有别于一般的化学电源,其充放电工作过程是通过锂离子在电池正负极中的嵌入和脱嵌来实现的。锂离子电池的负极是碳素材料,例如石墨;正极是含锂的过渡金属氧化物,例如钴氧化锂(LiC002)。并且锂离子电池正负极材料均采用锂离子可以自由嵌入和脱离出的具有层状结构的锂离子嵌入化合物,处于层间的锂离子,在适当的电解液中,会发生电化学反应。充电时,在外部电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出,经过电解质,嵌入到负极晶格中。放电时的过程正好相反,锂离子返回正极,电子则通过外部电路到达正极与锂离子复合。


与常用的镍镉、镍氢电池相比较,锂离子电池有许多优越特性,重要表现在以下几个方面:


(1)锂离子电池供电电压高,一般为3.6V,约为镍镉电池、镍氢电池电压的3倍。关于供电电压要求较高的电子设备,电池组所需串联电池数也可大大减少。因此组合使用的锂离子电池容易获得更高的电压。


(2)比能量高,即同重量的锂离子电池供应的能量比其它电池高。锂离子电池的比能量一般为镍镉电池、镍氢电池的2~3倍。因此有利于便携式电子设备小型轻量化。


(3)无记忆效应。镍镉电池、镍氢电池都有记忆效应,必须进行定期放电,否则就会因记忆效应导致电池失效。而锂离子电池无记忆效应,不必理会残余电量的多少,可直接进行充电。这样就使锂离子电池效能得到充分发挥。


(4)使用寿命长。锂离子电池采用碳负极,在充放电过程中碳负极不会生成金属锂,从而可以防止电池因内部金属锂短路而损坏。目前,锂离子电池的循环寿命可达5000次以上,远远高于其它各类电池。


(5)工作环境温度范围宽,一般可在一30℃川0℃之间工作,具有优良的高低温放电性能。


(6)自放电率低。自放电率又称电荷保持率,是指电池放置不用时自动放电的多少。锂离子电池的自放电率为2%~5%,镍镉电池在25%~30%之间,镍氢电池在30%~35%之间。因此,同样环境下锂离子电池保持电荷的时间最长。


(7)锂离子电池不含任何汞、镉等有毒元素,是真正的绿色环保电池。


基于以上优点,锂离子电池被广泛应用在便携式电子设备中。而另一方面,锂离子电池因其能量密度高,使得难以确保电池的安全性。具体而言,在过充电状态下,电解质会被分解,使得电池内部的温度和压力上升;在过放电状态下,负极中的电解材料铜会熔化而造成内部短路,使温度升高:在外部电路短路或放电电第一章绪论3流过大时,由于高内阻的特性,电池内部功率消耗新增,温度也会上升,可能引起电解液的氧化或分解,导致锂离子电池寿命缩短。除此之外,假若锂离子电池进行过度的放电,则会使电池内的电解液出现变化,可循环充电的次数会因此而减少,进而影响锂离子电池的使用寿命。


由于锂离子电池存在上述所分析的缺点,在锂离子电池的应用中必须加上保护电路。保护电路的基本功能也要和上述缺点相对应,于是我们要求锂离子电池电源保护芯片要能实现以下几个最基本的功能:过充电保护、过放电保护、过电流保护以及短路保护。由以上锂离子电池的应用要求可知,为提高锂离子电池的使用寿命并保证电池的安全使用,锂离子电池保护电路要具有以下功能:


(1)假如充电电压超过电池允许的最大值,能够供应电池放电回路。


(2)假如放电电压低于电池允许的最小值,能够供应电池充电回路。则切断电池与外部电路的连接,并且则切断电池与外部电路的连接,并且


(3)假如电池的充、放电电流大于极限值,则切断电池与外部电路的连接。


(4)当电池恢复正常状态后,保护电路应能相应地解除保护状态,使电池能够继续正常工作。


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