不常用电子设计竞赛电池

1、电源引言电池的发明已经有二百多年的历史了基本组成正极、负极、 隔膜、电解质、电池容器。 分类一次电池第一代S型糊式电池第二代C型纸收式电池第三代P型氯化锌电池第四代LR碱锰电池二次电池铅酸蓄电池镍镉电池（Ni-Cd）镍氢电池（Ni-MH）锂离子电池（Liion）（聚合物锂离子）燃料电池（通过将氧和氢混合产生电力的技术 ）燃料电池采用燃料电池的MP3播放器电池？发动机？糖电池 该新型生物电池靠分解糖产生电能， 输出功率50毫瓦基本概念电池的标称电压、开路电压、终止电压标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压, 如二次锂电池标称电压为3.6V。开路电压指在外电路断开时,电池两个间的电位差，用V

2、开表示。终止电压指电池放电实验中,规定的结束放电的截止电压。内阻电流通过电池内部受到的阻力，又【定义】叫全内阻。包括欧姆内阻和电化学反应时电化学极化和浓度差极化相当的电阻。内阻的存在使电池的工作电压总是小于电池的电动势或开路电压。容量【定义】指在一定的放电条件下（即一定的I放、T 放、V放）电池所给出的电量，常用C表示，单位为安培小时(Ah)。电池的能量：是指电池在一定放电条件下，对外做功所输出的能量，其单位为瓦特小时（Wh）?x Wh =? Ah* P=UI 电池容量有理论容量、实际容量和额定容量。 电池容量取决于容量小的电极。部分基本概念放电倍率：电池放电电流为电池额定容量的某一个倍数。如

3、：1C、0.5C循环寿命：又称使用周期，电池容量降到某一 规定值前所经历的充、放电次数。自放电：电池在开路时自动放电的现象。自放电并不是线性的电 池 种 类Ni-MHNi-CdLi-Ion200C时自放电率（%月）20-3015-205-10铅 酸 电 池放电电流越大，电池的寿命越短；放电深度越深，电池的寿命也越短。铅酸蓄电池可以应付短时间的大电流放电， 这时候放电深度不深。小电流放电，即便放电深度稍微深一些，电池电池的寿命影响也不大。最怕连续大电流放电且深度放电。放电率不同，放电终止电压也不相同。一般以10小时率放电的终止电压多数为1.8V/单格，以2小时率放电的终止电压一般为1.75V/单

4、格。铅酸电池充电 充电电压:额定电压的15之内（如12的电池，其饱和电压是13.8，故充电电压就不能高于15，但也不能低于饱和电压） 充电电流：电池总电流容量的15，推荐在10 左右 充电电流型态：脉冲直流电或纯直流电小记铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。采用新型铅合金，可改进铅蓄电池的性能。如用铅钙合金作板栅，能保证铅蓄电池最小的浮充电流、减少添水量和延长其使用寿命。Ni-Cd & Ni-MH 正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉/储氢材料制成的一种碱性蓄电池. 充电电池的内阻远低于普通

5、电池 ，其短路电流（充足电）可达5A！Ni-Cd & Ni-MH 镍镉电池的大电流特性比镍氢电池好，其抗过充电特性也比镍氢电池好。 镍镉电池因具有强烈的记忆效，故应在使用十次后，做一次完全充放电，镍氢电池因记忆效应较弱，因此约在使用过约五十次时，做一次完全充放电即可 ； 镉镍蓄电池改进的方向之一是采用双极性结构，这种结构的内阻很小，适用于脉冲大电流放电。 存 在 问 题 镍氢电池的比容比铅酸电池好很多， 单体电池的寿命也比较长，其大电流充放电特性也比铅酸蓄电池好。镍氢电池串连电池组的管理问题比较多，一旦发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的问题，导致整组电池迅速失效。所以，技术问题还是充电

6、器和电池管理系统的问题！常 见 问 题温度：所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大(为了有效充电，环境温度范围应在5-30C之间)环保：现今几乎所有电池均不含，但重金属仍然是电池、可充电镍镉、铅酸等电池的必要组成部分.仅镍氢电池和锂离子电池为环保电池记 忆 效 应记忆效应是针对镍镉电池而言的由于传统工艺中负极为 烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶 粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台. 电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点。要消除记忆效应方法：1. 采用小电流深度放电(如用0.1C放至0V)2. 是采用大电流充放电(如1C)

7、几次.放电曲线LR6P电池放电曲线放电曲线电池电压检测？ 过 充 & 过 放充电时间过长（或充电电流过大），产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等现象。同时，其电性能也会显著降低。过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。 0.2C-2C放电一般设定1.0V/支;3C 以上放电设定为0.8V/支。eneloop低放电电池超低自放电,充满存放一年保存85%电量,存放半年保存90%电量.无记忆效应,随充随用,对电池不造成任何伤害,保证了电池的寿命和容量.出厂充满电,即买即用eneloop 低放电eneloop 环保,可回

8、收再造eneloop 耐低温至 -10,在北方低温天气下能保持足够的电力.锂电池锂电池锂离子电池是目前应用最为广泛的二次电池，其发展始于二十世纪五六十年代。电池组成为:金属锂作负极， 正极为氧化物、硫化物等，电解液为有机溶剂中溶入 锂盐。70年代以来，以金属锂为负极的各种原电池分别问世， 其中MnO2-Li原电池得到最为广泛应用。用于计算器、电子表、照相机和各具有存储功能的电子器件。锂-亚硫酰氯电池 额定电压3.6V，目前锂系列中电压最高的电池 实际使用电池中能量最高的一种电池 常温中等电流密度放电时，放电曲线极为 平坦 （90%的容量范围内工作平台保持不变 ）。 电池可以在-400C+850

9、C范围内正常工作， 表现出极为优良的高低温性能 。（-400C时的容量约为常温容量的50% ） 储存寿命10年以上 原 理 和 特 性摇椅电池电池充电时， Li+从正极中脱嵌， 通过隔膜和电解质溶液嵌入负极。电池放电时，Li+从负极中脱嵌，通过电解质和隔膜嵌入正极。 液 态 锂 电特点&工作电压高 (4.2-3.6V)，相当于3节Ni-Cd和Ni-MH电池&能量密度高, 目前能量密度为Ni-Cd的四倍,Ni-MH的两倍.而且其能量密度每年增加5%&无记忆效应,自放电率小,一般自放电率小于6%。&可大电流充电电解质 电解质是电池内部担负着传递正负极间电荷作用的物质(具有高的离子导电性) 。在电池

10、的发展中,一种溶剂或混合溶剂的选择恰当与否,会直接影响到电池的性能和寿命 电解质与电极的相容性在很大程度上影响二次锂离子电池的循环效率、循环寿命和安全性.热稳定性与安全性安全性一直是阻碍锂电池发展的重要因素. 随着锂离子电池的出现和安全保护措施的加强,才驱除笼罩在锂电池上的这片“阴影”.但是在特殊条件下,以嵌基材料为电极的锂离子电池仍然存在一定的安全隐患,这与嵌基材料的热稳定性有重要关系！无题人们对电池的使用寿命有了越来越高的要求续航能力 / 循环寿命增大电池能量密度是一种解决方法以目前的材料和技术，电池能量密度的增加余地已非常有限了聚合物锂离子电池聚合物固体锂离子电池电解质层可以做得很薄,电

11、池可作成任意形状而且防漏,并且可防止在液体电解质之下的树枝状物形成 (改善电池的循环性能)SPE 电解质电池对比于无机固体电解质电池而言,电极与电解质界面接触更好。 聚合物与液态锂电的比较?安全性能好：外包装为铝塑包装（液态锂电的金属外壳），内部质量隐患可通过外包装变形而显示出来，一旦发生安全隐患，不会爆炸，只会鼓胀；超薄设计：适合各种超薄电器，而液态锂离子电池在厚度做到3.6mm以下时存在技术瓶颈。?重量轻：聚合物锂电比同等规格的钢壳液锂轻40，比铝壳液锂轻20；?容量大：聚合物比同等规格的钢壳液锂容量高10-15，比铝壳液锂容量高5-10液态电解质问题液态电解质锂离子电池商品化已有10 多

12、年,但有一些问题仍未解决:使用中电解液易泄露、挥发而限制和影响电池的性能,缩短其使用寿命。电解液无法制成薄膜,因而使锂离子电池能量密度较低,不适合于小体积、轻质量、高比能量、长寿命的电子电器的使用。 聚合物与液态锂电的比较?内阻小：目前产品内阻能够作到35m以下，使电池容量能够更大发挥。相同的容量，在有的设计中，会因内阻大小不同，使用时间相差20-50%；?形状可定制：可根据客户的要求灵活定制电池的厚度、形状，并可做出弧形等特殊形状；?放电特性佳：聚合物锂电采用胶态电解质，具有更平稳的放电特性和更高的放电平台。在常规型号上（如5mm、6mm厚度系列）聚合物容量却没有比液态锂电显示出更大优势 放

13、 电 电流 液态锂电的最大电流约为2C3C 聚合物锂电中的大倍率型可大电流放电，常见有10C15C,目前已有高达放电电流的锂电。充电NI-CD NI-MHLi 充 电 方 式镍镉和镍氢电池充电:1. 恒流充电:整个充电过程中充电电流为一定值,这种方法最常见。2. 恒压充电:充电过程中充电电源两端电压保持一恒定值,电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小。锂电充电:电池首先以恒流充电,当电池电压升高至一定值时,电压保持不变,电路中电流逐渐减小,最终趋于0. 充电 方 案自动控制方案：1. 峰值电压控制：通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点；2. -V控制：当电池充满电达到一峰值电压后，电压会下降一

14、定的值（温度越高, 平衡电位越低）；3. 计时控制：通过设置一定的充电时间来控制充电，一般设定要充进130% 标称容量所需的时间来控制； 充电方案自动控制方案：4. T控制：电池充满电时温度与环境温度之差达到最大时起控；5. dT/dt控制：通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点；6. TCO控制：考虑电池的安全和特性应当避免高温（高温电池除外）充电，温度升高60时应当停止充电。 充电规则NI-CDNI-MH“十十”规则（恒流）充入电池容量之1.2倍电量 Li 离子先恒流，再恒压，限制电压4.2V推荐电流0.20.5C锂电专用芯片max1811电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足

15、充电、涓流充电四个阶段。 保护电 路过充保护过放保护过流保护短路保护 保护板市面上常用保护IC的生产厂商有SEIKO,RICOH,Motorala半导体等公司.IC的功耗是做的非常小的.约3微安左右,最大不超过6微安.不要在电池两端加高压,保护芯片有极限的承受电压, 一般在12V左右,高于该值会击穿保护芯片.不要逆接电池正负极进行充电,同样会损伤保护IC最大电流 规格不一区 域 划 分=高压危险区-保护线路过充保护电压 (4.2754.35V)高压警戒区-锂离子电池充电限制电压4.20V正常使用区-锂离子电池放电终止电压(2.753.00V)低压警戒区-保护线路过放保护电压(2.32.5V)低

16、压危险区=电 池 组 问 题电池在生产过程中，从涂膜 开始到成为成品要经过很多 道工序。即使经过严格的检 测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一 段时间，也会产生这样或那 样的差异。表现为电池内阻 和电压产生波动，形成不一致的状态。* 不一致是绝对的，一致性是相对的IEC锂电标准寿命测试 电池以0.2C放至3.0V/支后,1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流20MA,搁置1小时后, 再以0.2C放电至3.0V(一个循环)反复循环500次后容量应在初容量的60%以上.行 业 标 准锂电池行业依据的是SANYO或Panasonic企业标准。常用标准还有日本工业标准 JIS. 产业199

17、2-2000全球锂离子电池产业基本由日本人独霸天下! 在日本的电池产量占到全球的95%以上. 2003 年，60%以下。伟大的无线电供电技术无线电能的传输技术近在眼前NTT Do Co Mo已于2005年推出无线充电手机样机充电台可能随时随地都存在用户拥有的便携终端的数量增加、互不兼容的充电接口管理电随就或不地可电用的以源充充随线电时器伟大的无线电供电技术电池技术发展已经接近极限便携式电子产品的最后“枷锁”无线电能传输技术正在迅速发展 接收功率与发送功率比值已达60%以上 功率可达几百kW 距离可达10米伟大的无线电供电技术三类无线技术最有希望基于电磁感应的非接触式充电技术通过天线接收电波能量的技术利用电磁场的谐振技术电磁感应型和电波接收型得益于RF ID技术方案对比电磁感应型功率非常大，可达几百kW； 发送距离仅为1cm一下；必须使用电池，主要减少充电麻烦需进行设备身份认证（金属体被加热危险）提供数据通信功能方案对比电波接收型最大发送距离长达10m功率仅有几mW100mW 提供便携终端待机消耗不需选择频率即可接