延长锂离子电池寿命的充电和放电方法

1、延伸锂离子电池寿命的充电和放电方法重点字：Li-IonBattery锂离子电池电池寿命人们向来特别重视提升锂离子电池的容量，以期以物理尺寸最小的电池实现最长的产品工作时间。可是在有些应用中，较长的电池寿命、许多的充电次数或较安全的电池比电池容量更重要。本文介绍几种能够极大延伸电池寿命的锂离子电池充电和放电方法。几乎全部高性能便携式产品都会使用包含锂离子聚合物电池在内的可再充电锂离子电池，这是因为与其余可再充电电池对比，锂离子电池有较高的能量密度、较高的电池电压、自放电少、周期寿命特别长，并且环保，且充电和保护简单。此外，因为其拥有相对高的电压(2.9V至4.2V)，所以好多便携式产品都能用单节

2、电池工作，进而简化了产品整体设计。决定锂离子电池周期寿命或服务寿命的要素不存在任何延伸或缩短电池寿命的单调要素，而经常是几种要素合起来发挥作用。就延伸周期寿命而言有以下方法能够延伸电池寿命：1采纳部分放电的做法。在再充电前仅使用20%或30%的电池容量会极大延伸周期寿命。作为一个一般性的规则，5至10个浅放电周期等于1个满放电周期。只管部分放电周期可能达到数千次，可是保持电池处于满充电状态也缩短电池寿命。假如可能，应当防止满放电周期(降至2.5V或3V，取决于化学资料)。2.防止充电至容量的100%。选择一个较低的浮动电压能够做到这一点。降低浮动电压将提高周期寿命和服务寿命，代价是降低电池容量

3、。浮动电压降低100mV至300mV能够将周期寿命延伸2至5倍或更长。与其余化学资料对比，锂离子钴化学资料对较高浮动电压更敏感。磷酸锂离子电池一般比更常有的锂离子电池的浮动电压低。3选择适合的充电停止方法。选择一个采纳最小充电电流停止(C/10或C/x)的充电器，通过不充电到容量的100%，也能够延伸电池寿命。比如，电流降至C/5时结束充电周期与将浮动电压降至4.1V的成效近似。在这两种状况下，电池都只充电至约为容量的85%，这是决定电池寿命的一个重要要素。4限制电池温度。限制电池的极限温度能够延伸电池寿命，特别是严禁在0以下充电。在0以下充电促使金属在电池阳极上的镀敷，这可能造成内部短路，产

4、生热量并使电池不稳固和不安全。好多电池充电器都有丈量电池温度的装置，以保证不会在极限温度时充电。5防止大的充电和放电电流，因为这会缩短周期寿命。有些化学资料更适合较大电流，如锂离子锰和磷酸锂离子电池。大电流给电池施加了过大的压力。6防止低于2V或2.5V的深度放电，因为这会快速永远性破坏锂离子电池。可能发生内部金属镀敷，这会惹起短路，使电池不行用或不安全。大部分锂离子电池在电池组内部都有电子电路，假如充电或放电时电池电压低于2.5V、超出4.3V或假如电池电流超出预约门限值，该电子电路就会断开电池连结。锂离子电池充电方法给锂离子电池充电的介绍方法是，向电池供给一个1%限压的恒定电流，直到电池充

5、满电，而后停止充电。用来决定电池何时充满电的方法包含：给总的充电时间准时、监督充电电流或兼用这两种方法。第一种方法采纳限压恒定电流，变化范围从C/2到1C，连续2.5至3小时，使电池达到100%充电。也能够使用较低的充电电流，可是将需要更长时间。第二种方法与第一种方法近似，不过需要监督充电电流。跟着电池的充电，电压上涨，这与采纳第一种方法时完整相同。电池电压达到编程限压值(也称为浮动电压)时，充电电流开始降落。电流一开始降落时，电池约充电至容量的50%至60%。浮动电压连续供给，直到充电电流降至足够低的水平(C/10至C/20)，这时电池约充电至容量的92%至99%，充电周期停止。当前，要为标

6、准锂离子电池快速充电(不到1小时)至容量的100%，还没有一种安全的方法。不介绍在电池充满电后仍旧给电池加上连续电压，因为这会加快永远性容量损失，并且可能惹起内部锂金属镀敷。这类镀敷可能发展成内部短路通路，惹起过热，使电池受热时不稳固。所需时间是几个月。有些锂离子电池充电器同意使用热敏电阻监督电池温度。这么做的主要目的是，假如电池温度高出介绍的0至40窗口范围，就严禁充电。与镍镉或镍氢金属电池不一样，锂离子电池在充电时温度上涨特别少。图1是一个典型的锂离子电池充电曲线，图中显示了充电电流、电池电压和电池容量随时间的变化。图1：显示了电池电流、电压和容量的典型充电曲线。字母“C”的含义字母“C是

7、”一个电池术语，用于指示电池制造商规定的电池放电容量，单位是mAHr。比如，一个额定2000mAHr的电池能够为一个2000mA负载供电一小时，以后电池电压才会降至零容量电压。在这个例子中，以C/2的电流给电池充电意味着以1000mA(1A)充电。字母“C”在电池充电器中变得很重要，因为它决定了电池充满电所需的适合充电电流和时间长度。在议论最低充电电流停止方法时，采纳C/10停止的2000mAHr电池将在充电电流降至低于200mA时停止充电周期。决定电池浮动电压的要素主要的决定要素是电池阴极中使用的活性资料的电化学电势，就锂而言约为4V。增添其余化合物将提升或降低这个电压。第二个要素是在电池容

8、量、周期寿命、电池寿命和安全性之间获得均衡。图2所示曲线显示了电池容量和周期寿命之间的关系。图2：充电器浮动电压与电池容量和周期寿命。大部分锂离子电池制造商都设置了一个4.2V浮动电压，以此作为容量和周期寿命之间的最佳均衡。用4.2V作为恒定限压值(浮动电压)时，电池一般能够供给约500个充电/放电周期，而后电池容量降至80%。一个充电周期由一个满充电至一个满放电过程构成。多个浅放电过程合起来构成一个满充电周期。只管利用降低浮动电压或最低充电电流停止方法充电至低于100%的容量最先会降低电池容量，可是跟着周期数增添到超出500次，较低浮动电压的电池容量能够超出较高浮动电压的电池容量。对于容量和

9、充电周期数，图3显示了介绍浮动电压与降低浮动电压的比较状况。图3：周期寿命和容量与4.1V和4.2V浮动电压。因为不一样的锂离子电池化学资料和其余条件可能影响电池寿命，所以本文显示的曲线不过预计的充电周期数和电池容量值。因为电池资料和制作方法的细小差异，甚至来自不一样制造商的近似电池化学资料也可能产生有天壤之其余结果，电池制造商规定最后用户一定使用的充电方法和浮动电压，以知足电池容量、周期寿命和安全规格要求。不建议充电至高于介绍的浮动电压。好多电池含有电池组保护电路，假如超出最高电池电压，该电路临时断开电池连结。一旦断开，将电池组连结到充电器一般会复位电池组保护电路。电池组上经常印有一个电压值

10、，如单节电池为3.6V。这个电压不是浮动电压，而是电池放电时的均匀电池电压。选择电池充电器以延伸电池寿命只管电池充电器对电池的深度放电、放电电流和电池温度不加以控制，可是全部这些要素对电池寿命都有影响，好多充电器拥有能够延伸电池寿命的功能，并且有时能够极大地延伸电池寿命。电池充电器延伸电池寿命的作用主要由充电器的浮动电压和充电停止方法决定。凌力尔特公司的好多锂离子电池充电器拥有4.2V1%(或更低)的固定浮动电压，可是有一些产品为4.1V和4.0V以及拥有可调浮动电压。图4显示了一些拥有较低浮动电压的电池充电器，用来给4.2V锂离子电池充电时能够延伸电池寿命。图4：供给较低浮动电压以延伸电池寿

11、命的电池充电器。不供给较低浮动电压选项的电池充电器也能延伸电池寿命。采纳最小充电电流停止方法(C/10或C/x)的充电器经过选择以适合的充电电流值停止充电周期，能够延伸电池寿命。C/10停止大概仅将电池充电至其容量的92%，可是将提升周期寿命。寿命延伸一倍，可是电池充电量进一步降低至约为容量的85%。图C/5停止能够将周期5显示了凌力尔特企业的几款充电器，分别采纳C/10(10%电流门限)或C/x(可调电流门限)充电停止模式。图5：用最小充电电流停止方法延伸电池寿命的电池充电器。长工作时间和长电池寿命能兼而有之吗？假如采纳当前的电池技术，并且不增大电池尺寸，那么答案是不可以。要实现最长的工作时

12、间，充电器一定将电池充电至容量的100%。这时电池电压靠近制造商介绍的浮动电压，一般为4.2V1%。遗憾的是，将电池充电至靠近这个电压值并保持在这个电压值会缩短电池寿命。一个方法是选择较低的浮动电压，严禁电池100%充电，可是这需要较高容量的电池才能实现相同长的工作时间。自然，在好多便携式产品中，或许不选择较大尺寸的电池。采纳C/10或C/x最小充电电流停止方法与采纳较低浮动电压相同，也能够对电池寿命有同样的影响。浮动电压降低100mV，容量将降低约15%，可是周期寿命能够延伸一倍。同时，充电电流降至20%(C/5)时停止充电周期，容量也降低15%，相同可将周期寿命延伸一倍。放电时典型的锂离子

13、电池输出电压能够料想，放电时，电池电压会迟缓降落。放电电压曲线随时间的变化取决于几个要素，包括放电电流、电池温度、电池老化程度和电池使用的阳极资料种类。当前，大部分锂离子电池使用焦炭或石墨。每种电池的电压曲线如图6所示。使用比较宽泛的石墨资料在容量的20%和80%之间放电电压变化不大，而后在靠近结束时快速降落，而焦炭阳极拥有比较陡的电压斜坡和较低的2.5V截止电压。用焦炭资料时节余电池容量更简单确立，简单丈量电池电压就能够了。图6：采纳不一样阳极资料的锂离子电池放电电压曲线。并联或串连连结电池为了提升容量，锂离子电池经常并联连结。除了电池一定采纳相同的化学资料、来自同一制造商和尺寸相同，没有其余特别要求。串连连结的电池更需要当心，因为经常需要电池容量般配和电池均衡电路，以保证每节电池达到相同的浮动电压和相同的充电水平。不建议串连连结两节电池(有各自的电池组保护电路)，因为容量失配可能致使一个电池达到过压限值，进而断开电池