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      別再錯誤使用鋰離子電池充電了,正確鋰離子電池充電方法

      來源:鋰離子電池廠家?作者:諾信電子??發布時間:2020-07-22 17:56:22??閱讀數:

      本文介紹了如何通過正確的充電方法來延長鋰離子電池壽命。

      電池的充電和放電是化學反應,但鋰離子被認為是例外。電池科學家討論能量流入和流出電池的過程,這是陽極和陰極之間離子運動的一部分。這種說法是有道理的,但是如果科學家們完全正確,那么電池將永遠存在。它們將容量歸咎于離子被捕獲而減弱,但與所有電池系統一樣,也會出現內部腐蝕和其他老化作用(也稱為對電解液和電極的寄生反應)。(請參閱:鋰離子電池老化的原因分析

      鋰離子電池充電器是一種與鉛酸系統相似的限壓裝置。鋰離子電池的區別在于每個電池的電壓高,電壓容差小,并且在充滿電時不會出現浮流或浮充電。盡管鉛酸電池在電壓截止方面具有一定的靈活性,但鋰離子電池制造商對正確的設置非常嚴格,因為鋰離子不能接受過充電。所謂的奇跡充電器不存在,它可以延長電池壽命并通過脈沖和其他頭獲得額外的容量。鋰離子是一種“清潔”的系統,僅吸收其吸收的能量。

      鈷混合鋰離子電池充電

      具有鈷,鎳,錳和鋁的傳統陰極材料的鋰離子電池通??沙潆娭?.20V /電池。公差為+/- 50mV / cell。一些鎳基變種充電至4.10V /電池;高容量鋰離子電池可能會達到4.30V / cell或更高。提高電壓會增加容量,但超出規格會給電池帶來壓力并損害安全性。包裝內建的保護電路不允許超過設定電壓。

      圖1顯示了鋰離子通過恒定電流和充頂電荷的階段時的電壓和電流信號。當電流降低到Ah額定值的3-5%之間時,將達到完全充電。

      鋰離子電池充電階段
      圖1:鋰離子的充電階段。 當電流降至設定水平時,鋰離子充滿電。代替浮流充電,某些充電器在電壓下降時會施加最高電荷。 
      由Cadex提供

      能量電池的建議充電率在0.5C和1C之間;完全充電時間約為2-3小時。這些電池的制造商建議在0.8C或更低的溫度下充電,以延長電池壽命。但是,大多數Power Cell可以承受較高的電荷C速率,而壓力很小。充電效率約為99%,電池在充電過程中保持涼爽。

      某些鋰離子電池組充滿電時,溫度可能會升高約5ºC。這可能是由于保護電路和/或內部電阻升高所致。如果在中等充電速度下溫度升高超過10ºC,請停止使用電池或充電器。

      當電池達到電壓閾值并且電流下降到額定電流的3%時,就會發生完全充電。如果電流趨于平穩并且無法進一步降低,則電池也被視為充滿電。高自放電可能是這種情況的原因。

      增加充電電流不會使完全充電狀態加速太多。盡管電池更快地達到電壓峰值,但飽和電荷將需要更長的時間。電流越大,階段1越短,但階段2的飽和時間越長。但是,高電流充電將迅速使電池充滿約70%的電量。

      鋰離子電池不需要像鉛酸電池一樣充滿電,實際上,最好不要完全充電,因為高壓會對電池造成壓力。選擇較低的電壓閾值或完全消除飽和電荷會延長電池壽命,但這會減少運行時間。消費類充電器的充電器要達到最大容量,無法調節;延長使用壽命被認為不那么重要。

      一些低成本的充電器可能會使用簡化的“充電并運行”方法,該方法可在一個小時或更短的時間內為鋰離子電池充電,而無需進行第二階段的飽和充電。當電池在階段1達到電壓閾值時,將顯示“就緒”。此時的充電狀態(SoC)約為85%,足以滿足許多用戶的需求。

      某些工業充電器故意將充電電壓閾值設置得較低,以延長電池壽命。表2列出了在有飽和電荷和無飽和電荷的情況下充電至不同電壓閾值時的估計容量。(如何延長鋰離子電池壽命?

      充電V / cell 截止電壓下的容量 充電時間 完全飽和的容量
      3.80V ~40% 120分鐘 ~65%
      3.90V ~60% 135分鐘 ~75%
      4.00V ~70% 150分鐘 ~80%
      4.10V ~80% 165分鐘 ~90%
      4.20V ~85% 180分鐘 100%

      表2:鋰離子電池的典型充電特性。 在設定電壓下增加完全飽和度會使容量增加約10%,但會由于高電壓而增加應力。

      首次給電池充電時,電壓會迅速升高??梢詫⑦@種行為與用橡皮筋舉重而造成的滯后相提并論。當電池幾乎充滿電時,容量最終會增加(如圖3)。該充電特性是所有電池的典型特性。充電電流越高,橡皮筋效應將越大。低溫或給電池充電具有較高的內部電阻會放大效果。

      鋰離子電池充電時的電壓/容量與時間的關系
      圖3:鋰離子電池充電時的電壓/容量與時間的關系。 容量就像用橡皮筋舉起重物一樣落后于充電電壓。 
      由Cadex提供

      通過讀取充電電池的電壓來估計SoC是不切實際的。電池放置幾個小時后測量開路電壓(OCV)是更好的指示。與所有電池一樣,溫度會影響OCV,鋰離子活性物質也會影響。智能手機,筆記本電腦和其他設備的SoC通過庫侖計數進行估算。

      鋰離子不能吸收過充電。充滿電后,必須切斷充電電流。連續電流充電會導致鍍金屬鋰并損害安全性。為了最大程度地降低壓力,請使鋰離子電池的峰值截止時間盡可能短。

      充電終止后,電池電壓開始下降。這減輕了電壓應力。隨著時間的流逝,開路電壓將穩定在3.70V至3.90V /電池之間。請注意,已接收到完全飽和電荷的鋰離子電池將使電壓升高的時間比未接收到飽和電荷的鋰離子電池的時間更長。

      當必須將鋰離子電池留在充電器中以進行操作準備時,某些充電器會施加短暫的頂充,以補償電池較小的自放電和保護電路的消耗。當開路電壓降至4.05V / cell時,充電器可能會跳動,然后以4.20V / cell再次關閉。專為工作就緒或待機模式而設計的充電器通常使電池電壓降至4.00V / cell,然后再充電至4.05V / cell,而不是整個4.20V / cell。這樣可以減少與電壓有關的壓力并延長電池壽命。

      一些便攜式設備在“打開”位置坐在充電座中。流經器件的電流稱為寄生負載并且會扭曲充電周期。電池制造商建議不要在充電時產生寄生負載,因為它們會引起微循環。不能總是避免這種情況,并且連接到交流電源的筆記本電腦就是這種情況。電池可能被充電到4.20V / cell,然后由設備放電。電池上的應力水平很高,因為循環發生在高壓閾值上,通常也在高溫下發生。

      充電期間應關閉便攜式設備。這使電池不受阻礙地達到設定的電壓閾值和電流飽和點。寄生負載會降低電池電壓,并通過汲取泄漏電流來防止飽和階段的電流下降到足夠低,從而使充電器感到困惑。電池可能已充滿電,但主要情況會提示繼續充電,從而造成壓力。

      充電非鈷混合鋰離子電池

      傳統的鋰離子電池的標稱電池電壓為3.60V,而磷酸鋰(LiFePO)除外,電池標稱電壓為3.20V,充電至3.65V。相對較新的是鈦酸鋰(LTO),其標稱電池電壓為2.40V,可充電至2.85V。(不同電池類型的特征你知多少?

      這些非鈷共混鋰離子的充電器與常規的3.60伏鋰離子不兼容。必須采取措施識別系統并提供正確的電壓充電。設計用于磷酸鋰的充電器中的3.60V鋰電池無法獲得足夠的電量。普通充電器中的磷酸鋰會導致過充電。

      鋰離子電池充電過度

      鋰離子可在指定的工作電壓范圍內安全運行;但是,如果不小心將其充電到高于規定的電壓,則電池會變得不穩定。為4.20V /電池設計的鋰離子電池如果長時間在4.30V以上充電,則會在陽極上電鍍金屬鋰。陰極材料變成氧化劑,失去穩定性并產生二氧化碳(CO2)。電池壓力升高,如果允許繼續充電,則負責電池安全的當前中斷設備(CID)將在1,000–1,380kPa(145–200psi)時斷開連接。如果壓力進一步升高,某些鋰離子電池上的安全膜將以約3,450kPa的壓力打開,電池最終可能會著火。(鋰離子電池的安全性

      火焰通風與溫度升高有關。充滿電的電池具有較低的熱失控溫度,并且比部分充滿電的電池更容易排氣。所有鋰電池在較低的充電量下都更安全,這就是為什么當局會要求以30%的充電狀態而不是充滿電空運鋰離子電池。

      鋰鈷充滿電的閾值是130–150ºC。鎳錳鈷(NMC)為170–180ºC,而鋰錳約為250ºC。磷酸鋰與錳相比具有相似且更好的溫度穩定性。

      如果過度充電,鋰離子不是唯一會造成安全隱患的電池。如果處理不當,鉛和鎳基電池也會融化并引起火災。正確設計的充電設備對于所有電池系統都是至關重要的,并且溫度感應是可靠的值班人員。

      鋰離子電池的充電比鎳基電池更簡單。充電電路直截了當;電壓和電流限制比分析復雜的電壓信號更容易適應,電壓信號隨著電池的老化而變化。充電過程可以是間歇性的,并且鋰離子不需要像鉛酸那樣飽和。這為可再生能源存儲(例如太陽能電池板和風力渦輪機)提供了主要優勢,因為它們無法始終為電池充滿電。of流充電的缺乏進一步簡化了充電器。鋰離子電池不需要鉛酸均衡的充電器。

      消費者和大多數工業鋰離子充電器都為電池充滿電。它們沒有提供可調節的充電終止電壓,該電壓會通過降低最終充電電壓并縮短運行時間來延長鋰離子電池的使用壽命。設備制造商擔心這種選擇會使充電器復雜化。例外的是電動車和衛星是避免完全充電,實現較長的使用壽命。

      鋰離子電池充電指南

      1.關閉設備或斷開充電負載,以使電流在飽和期間不受阻礙地下降。寄生負載會使充電器混淆。

      2.在適中的溫度下充電。不要在冷凍溫度下充電。

      3.鋰離子電池不需要充滿電;分充更好。

      4.當“就緒”信號出現時,并非所有的充電器都充滿電,并且電池可能未充滿電。電量計上的100%電量可能是個謊言。

      5.如果電池過熱,請停止使用充電器和/或電池。

      6.在存儲之前,請對空的電池進行一些充電(理想的是40%至50%的SoC)。

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