别再错误使用锂离子电池充电了,正确锂离子电池充电方法

来源:锂离子电池厂家   发布时间:2020-07-22 17:56:22  阅读数:

本文介绍了如何通过正确的充电方法来延长锂离子电池寿命。

电池的充电和放电是化学反应,但锂离子被认为是例外。电池科学家讨论能量流入和流出电池的过程,这是阳极和阴极之间离子运动的一部分。这种说法是有道理的,但是如果科学家们完全正确,那么电池将永远存在。它们将容量归咎于离子被捕获而减弱,但与所有电池系统一样,也会出现内部腐蚀和其他老化作用(也称为对电解液和电极的寄生反应)。(请参阅:锂离子电池老化的原因分析

锂离子电池充电器是一种与铅酸系统相似的限压装置。锂离子电池的区别在于每个电池的电压高,电压容差小,并且在充满电时不会出现浮流或浮充电。尽管铅酸电池在电压截止方面具有一定的灵活性,但锂离子电池制造商对正确的设置非常严格,因为锂离子不能接受过充电。所谓的奇迹充电器不存在,它可以延长电池寿命并通过脉冲和其他头获得额外的容量。锂离子是一种“清洁”的系统,仅吸收其吸收的能量。

钴混合锂离子电池充电

具有钴,镍,锰和铝的传统阴极材料的锂离子电池通常可充电至4.20V /电池。公差为+/- 50mV / cell。一些镍基变种充电至4.10V /电池;高容量锂离子电池可能会达到4.30V / cell或更高。提高电压会增加容量,但超出规格会给电池带来压力并损害安全性。包装内建的保护电路不允许超过设定电压。

图1显示了锂离子通过恒定电流和充顶电荷的阶段时的电压和电流信号。当电流降低到Ah额定值的3-5%之间时,将达到完全充电。

锂离子电池充电阶段
图1:锂离子的充电阶段。 当电流降至设定水平时,锂离子充满电。代替浮流充电,某些充电器在电压下降时会施加最高电荷。 
由Cadex提供

能量电池的建议充电率在0.5C和1C之间;完全充电时间约为2-3小时。这些电池的制造商建议在0.8C或更低的温度下充电,以延长电池寿命。但是,大多数Power Cell可以承受较高的电荷C速率,而压力很小。充电效率约为99%,电池在充电过程中保持凉爽。

某些锂离子电池组充满电时,温度可能会升高约5ºC。这可能是由于保护电路和/或内部电阻升高所致。如果在中等充电速度下温度升高超过10ºC,请停止使用电池或充电器。

当电池达到电压阈值并且电流下降到额定电流的3%时,就会发生完全充电。如果电流趋于平稳并且无法进一步降低,则电池也被视为充满电。高自放电可能是这种情况的原因。

增加充电电流不会使完全充电状态加速太多。尽管电池更快地达到电压峰值,但饱和电荷将需要更长的时间。电流越大,阶段1越短,但阶段2的饱和时间越长。但是,高电流充电将迅速使电池充满约70%的电量。

锂离子电池不需要像铅酸电池一样充满电,实际上,最好不要完全充电,因为高压会对电池造成压力。选择较低的电压阈值或完全消除饱和电荷会延长电池寿命,但这会减少运行时间。消费类充电器的充电器要达到最大容量,无法调节;延长使用寿命被认为不那么重要。

一些低成本的充电器可能会使用简化的“充电并运行”方法,该方法可在一个小时或更短的时间内为锂离子电池充电,而无需进行第二阶段的饱和充电。当电池在阶段1达到电压阈值时,将显示“就绪”。此时的充电状态(SoC)约为85%,足以满足许多用户的需求。

某些工业充电器故意将充电电压阈值设置得较低,以延长电池寿命。表2列出了在有饱和电荷和无饱和电荷的情况下充电至不同电压阈值时的估计容量。(如何延长锂离子电池寿命?

充电V / cell 截止电压下的容量 充电时间 完全饱和的容量
3.80V ~40% 120分钟 ~65%
3.90V ~60% 135分钟 ~75%
4.00V ~70% 150分钟 ~80%
4.10V ~80% 165分钟 ~90%
4.20V ~85% 180分钟 100%

表2:锂离子电池的典型充电特性。 在设定电压下增加完全饱和度会使容量增加约10%,但会由于高电压而增加应力。

首次给电池充电时,电压会迅速升高。可以将这种行为与用橡皮筋举重而造成的滞后相提并论。当电池几乎充满电时,容量最终会增加(如图3)。该充电特性是所有电池的典型特性。充电电流越高,橡皮筋效应将越大。低温或给电池充电具有较高的内部电阻会放大效果。

锂离子电池充电时的电压/容量与时间的关系
图3:锂离子电池充电时的电压/容量与时间的关系。 容量就像用橡皮筋举起重物一样落后于充电电压。 
由Cadex提供

通过读取充电电池的电压来估计SoC是不切实际的。电池放置几个小时后测量开路电压(OCV)是更好的指示。与所有电池一样,温度会影响OCV,锂离子活性物质也会影响。智能手机,笔记本电脑和其他设备的SoC通过库仑计数进行估算。

锂离子不能吸收过充电。充满电后,必须切断充电电流。连续电流充电会导致镀金属锂并损害安全性。为了最大程度地降低压力,请使锂离子电池的峰值截止时间尽可能短。

充电终止后,电池电压开始下降。这减轻了电压应力。随着时间的流逝,开路电压将稳定在3.70V至3.90V /电池之间。请注意,已接收到完全饱和电荷的锂离子电池将使电压升高的时间比未接收到饱和电荷的锂离子电池的时间更长。

当必须将锂离子电池留在充电器中以进行操作准备时,某些充电器会施加短暂的顶充,以补偿电池较小的自放电和保护电路的消耗。当开路电压降至4.05V / cell时,充电器可能会跳动,然后以4.20V / cell再次关闭。专为工作就绪或待机模式而设计的充电器通常使电池电压降至4.00V / cell,然后再充电至4.05V / cell,而不是整个4.20V / cell。这样可以减少与电压有关的压力并延长电池寿命。

一些便携式设备在“打开”位置坐在充电座中。流经器件的电流称为寄生负载并且会扭曲充电周期。电池制造商建议不要在充电时产生寄生负载,因为它们会引起微循环。不能总是避免这种情况,并且连接到交流电源的笔记本电脑就是这种情况。电池可能被充电到4.20V / cell,然后由设备放电。电池上的应力水平很高,因为循环发生在高压阈值上,通常也在高温下发生。

充电期间应关闭便携式设备。这使电池不受阻碍地达到设定的电压阈值和电流饱和点。寄生负载会降低电池电压,并通过汲取泄漏电流来防止饱和阶段的电流下降到足够低,从而使充电器感到困惑。电池可能已充满电,但主要情况会提示继续充电,从而造成压力。

充电非钴混合锂离子电池

传统的锂离子电池的标称电池电压为3.60V,而磷酸锂(LiFePO)除外,电池标称电压为3.20V,充电至3.65V。相对较新的是钛酸锂(LTO),其标称电池电压为2.40V,可充电至2.85V。(不同电池类型的特征你知多少?

这些非钴共混锂离子的充电器与常规的3.60伏锂离子不兼容。必须采取措施识别系统并提供正确的电压充电。设计用于磷酸锂的充电器中的3.60V锂电池无法获得足够的电量。普通充电器中的磷酸锂会导致过充电。

锂离子电池充电过度

锂离子可在指定的工作电压范围内安全运行;但是,如果不小心将其充电到高于规定的电压,则电池会变得不稳定。为4.20V /电池设计的锂离子电池如果长时间在4.30V以上充电,则会在阳极上电镀金属锂。阴极材料变成氧化剂,失去稳定性并产生二氧化碳(CO2)。电池压力升高,如果允许继续充电,则负责电池安全的当前中断设备(CID)将在1,000–1,380kPa(145–200psi)时断开连接。如果压力进一步升高,某些锂离子电池上的安全膜将以约3,450kPa的压力打开,电池最终可能会着火。(锂离子电池的安全性

火焰通风与温度升高有关。充满电的电池具有较低的热失控温度,并且比部分充满电的电池更容易排气。所有锂电池在较低的充电量下都更安全,这就是为什么当局会要求以30%的充电状态而不是充满电空运锂离子电池

锂钴充满电的阈值是130–150ºC。镍锰钴(NMC)为170–180ºC,而锂锰约为250ºC。磷酸锂与锰相比具有相似且更好的温度稳定性。

如果过度充电,锂离子不是唯一会造成安全隐患的电池。如果处理不当,铅和镍基电池也会融化并引起火灾。正确设计的充电设备对于所有电池系统都是至关重要的,并且温度感应是可靠的值班人员。

锂离子电池的充电比镍基电池更简单。充电电路直截了当;电压和电流限制比分析复杂的电压信号更容易适应,电压信号随着电池的老化而变化。充电过程可以是间歇性的,并且锂离子不需要像铅酸那样饱和。这为可再生能源存储(例如太阳能电池板和风力涡轮机)提供了主要优势,因为它们无法始终为电池充满电。of流充电的缺乏进一步简化了充电器。锂离子电池不需要铅酸均衡的充电器。

消费者和大多数工业锂离子充电器都为电池充满电。它们没有提供可调节的充电终止电压,该电压会通过降低最终充电电压并缩短运行时间来延长锂离子电池的使用寿命。设备制造商担心这种选择会使充电器复杂化。例外的是电动车和卫星是避免完全充电,实现较长的使用寿命。

锂离子电池充电指南

1.关闭设备或断开充电负载,以使电流在饱和期间不受阻碍地下降。寄生负载会使充电器混淆。

2.在适中的温度下充电。不要在冷冻温度下充电。

3.锂离子电池不需要充满电;分充更好。

4.当“就绪”信号出现时,并非所有的充电器都充满电,并且电池可能未充满电。电量计上的100%电量可能是个谎言。

5.如果电池过热,请停止使用充电器和/或电池。

6.在存储之前,请对空的电池进行一些充电(理想的是40%至50%的SoC)。

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