淺談電池過充電、過放電、短路保護電路

該電路主要由鋰電池保護專用集成電路 DW01，充、放電控制 MOSFET1（內(nèi)含兩只 N 溝道 MOSFET）等部分組成，單體鋰電池接在 B+和 B- 之間，電池組從 P+和 P- 輸出電壓。

充電時，充電器輸出電壓接在 P+和 P- 之間，電流從 P+到單體電池的 B+和 B-，再經(jīng)過充電控制 MOSFET 到 P-。

在充電過程中，當(dāng)單體電池的電壓超過 4.35V 時，專用集成電路 DW01 的 OC 腳輸出信號使充電控制 MOSFET 關(guān)斷，鋰電池立即停止充電，從而防止鋰電池因過充電而損壞。

放電過程中，當(dāng)單體電池的電壓降到 2.30V 時，DW01 的 OD 腳輸出信號使放電控制 MOSFET 關(guān)斷，鋰電池立即停止放電，從而防止鋰電池因過放電而損壞，DW01 的 CS 腳為電流檢測腳，輸出短路時，充放電控制 MOSFET 的導(dǎo)通壓降劇增，CS 腳電壓迅速升高，DW01 輸出信號使充放電控制 MOSFET 迅速關(guān)斷，從而實現(xiàn)過電流或短路保護。

二次鋰電池的優(yōu)勢是什么？

1. 高的能量密度

2. 高的工作電壓

3. 無記憶效應(yīng)

4. 循環(huán)壽命長

5. 無污染

6. 重量輕

7. 自放電小

鋰聚合物電池具有哪些優(yōu)點？

1. 無電池漏液問題，其電池內(nèi)部不含液態(tài)電解液，使用膠態(tài)的固體。

2. 可制成薄型電池：以 3.6V400mAh 的容量，其厚度可薄至 0.5mm。

3. 電池可設(shè)計成多種形狀

4. 電池可彎曲變形：高分子電池最大可彎曲 900 左右

5. 可制成單顆高電壓：液態(tài)電解質(zhì)的電池僅能以數(shù)顆電池串聯(lián)得到高電壓，高分子電池由于本身無液體，可在單顆內(nèi)做成多層組合來達(dá)到高電壓。

7. 容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍

IEC 規(guī)定鋰電池標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試為：

電池以 0.2C 放至 3.0V/ 支后

1. 1C 恒流恒壓充電到 4.2V 截止電流 20mA 擱置 1 小時再以 0.2C 放電至 3.0V（一個循環(huán)）

反復(fù)循環(huán) 500 次后容量應(yīng)在初容量的 60%以上

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)荷電保持測試為（IEC 無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）。

電池在 25 攝氏度條件下以 0.2C 放至 3.0/ 支后，以 1C 恒流恒壓充電到 4.2V，截止電流 10mA，在溫度為 20+_5 下儲存 28 天后，再以 0.2C 放電至 2.75V 計算放電容量

什么是二次電池的自放電不同類型電池的自放電率是多少？

自放電又稱荷電保持能力，它是指在開路狀態(tài)下，電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受制造工藝，材料，儲存條件的影響自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一。一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也越低，但也應(yīng)注意溫度過低或過高均有可能造成電池?fù)p壞無法使用，BYD 常規(guī)電池要求儲存溫度范圍為 -20~45。電池充滿電開路擱置一段時間后，一定程度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳鎘及鎳氫電池充滿電后，在溫度為 20 度濕度為 65%條件下，開路擱置 28 天，0.2C 放電時間分別大于 3 小時和 3 小時 15 分即為達(dá)標(biāo)。

與其它充電電池系統(tǒng)相比，含液體電解液太陽能電池的自放電率明顯要低，在 25 下大約為 10%/ 月。

什么是電池的內(nèi)阻怎樣測量？

電池的內(nèi)阻是指電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力，一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻，由于充電電池內(nèi)阻很小，測直流內(nèi)阻時由于電極容量極化，產(chǎn)生極化內(nèi)阻，故無法測出其真實值，而測其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響，得出真實的內(nèi)值 。

交流內(nèi)阻測試方法為：利用電池等效于一個有源電阻的特點，給電池一個 1000HZ，50mA 的恒定電流，對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值 。

什么是電池的內(nèi)壓電池正常內(nèi)壓一般為多少？

電池的內(nèi)壓是由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力 。 主要受電池材料制造工藝，結(jié)構(gòu)等使用過程因素影響 。 一般電池內(nèi)壓均維持在正常水平，在過充或過放情況下，電池內(nèi)壓有可能會升高：

如果復(fù)合反應(yīng)的速度低于分解反應(yīng)的速度，產(chǎn)生的氣體來不及被消耗掉，就會造成電池內(nèi)壓升高 。

什么是內(nèi)壓測試？

鋰電池內(nèi)壓測試為：（UL 標(biāo)準(zhǔn)）

模擬電池在海拔高度為 15240m 的高空（低氣壓 11.6kPa）下，檢驗電池是否漏液或發(fā)鼓 。

具體步驟：將電池 1C 充電恒流恒壓充電到 4.2V，截止電流 10mA ，然后將其放在氣壓為 11.6Kpa，溫度為（20+_3）的低壓箱中儲存 6 小時，電池不會爆炸，起火，裂口，漏液 。

環(huán)境溫度對電池性能有何影響？

在所有的環(huán)境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大，在電極 / 電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān)，電極 / 電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降，電極的反應(yīng)率也下降，假設(shè)電池電壓保持恒定，放電電流降低，電池的功率輸出也會下降。如果溫度上升則相反，即電池輸出功率會上升，溫度也影響電解液的傳送速度溫度上升則加快，傳送溫度下降，傳送減慢，電池充放電性能也會受到影響。但溫度太高，超過 45，會破壞電池內(nèi)的化學(xué)平衡，導(dǎo)致副反應(yīng)

過充電的控制方法有哪些？

為了防止電池過充，需要對充電終點進行控制，當(dāng)電池充滿時，會有一些特別的信息可利用來判斷充電是否達(dá)到終點。一般有以下六種方法來防止電池被過充：

1. 峰值電壓控制：通過檢測電池的峰值電壓來判斷充電的終點;

2. dT/dt 控制：通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點;

3. T 控制：電池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之差會達(dá)到最大;

4. -V 控制：當(dāng)電池充滿電達(dá)到一峰值電壓后，電壓會下降一定的值

5. 計時控制：通過設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點，一般設(shè)定要充進 130%標(biāo)稱容量所需的時間來控制;

6. TCO 控制：考慮電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫（高溫電池除外）充電，因此當(dāng)電池溫度升高 60 時應(yīng)當(dāng)停止充電。

什么是過充電，對電池性能有何影響？

過充電是指電池經(jīng)一定充電過程充滿電后，再繼續(xù)充電的行為。

由于在設(shè)計時，負(fù)極容量比正極容量要高，因此，正極產(chǎn)生的氣體透過隔膜紙與負(fù)極產(chǎn)生的鎘復(fù)合。故一般情況下，電池的內(nèi)壓不會有明顯升高，但如果充電電流過大，或充電時間過長，產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形，漏液，等不良現(xiàn)象。同時，其電性能也會顯著降低。

什么是過放電，對電池性能有何影響？

電池放完內(nèi)部儲存的電量，電壓達(dá)到一定值后，繼續(xù)放電就會造成過放電，通常根據(jù)放電電流來確定放電截止電壓。0.2C-2C 放電一般設(shè)定 1.0V/ 支，3C 以上如 5C 或 10C 放電設(shè)定為 0.8V/ 支，電池過放可能會給電池帶來災(zāi)難性的后果，特別是大電流過放，或反復(fù)過放對電池影響更大。一般而言，過放電會使電池內(nèi)壓升高，正負(fù)極活性物質(zhì)可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)，容量也會有明顯衰減。

不同容量的電池組合在一起使用會出現(xiàn)什么問題？

如果將不同容量或新舊電池混在一起使用，有可能出現(xiàn)漏液，零電壓等現(xiàn)象。這是由于充電過程中，容量差異導(dǎo)致充電時有些電池被過充，有些電池未充滿電，放電時有容量高的電池未放完電，而容量低的則被過放。如此惡性循環(huán)，電池受到損害而漏液或低（零）電壓。

什么是電池的爆炸怎樣預(yù)防電池爆炸？電池內(nèi)的任何部分的固態(tài)物質(zhì)瞬間排出，被推至離電池 25cm 以上的距離，稱為爆炸。判別電池爆炸與否，采用下述條件實驗。將一網(wǎng)罩住實驗電池，電池居于正中，距網(wǎng)罩任何一邊為 25cm。網(wǎng)的密度為 6-7 根 /cm，網(wǎng)線采用直徑為 0.25mm 的軟鋁線，如果實驗無固體部分通過網(wǎng)罩，證明該電池未發(fā)生爆炸。

鋰電池串聯(lián)問題

由于電池在生產(chǎn)過程中，從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過很多道工序。即使經(jīng)過嚴(yán)格的檢測程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時間，也會產(chǎn)生這樣或那樣的差異。如同一位母親生的雙胞胎，剛生下時可能長得一模一樣，做為母親都很難分辨。然而，在兩個孩子不斷成長時，就會產(chǎn)生這樣或那樣的差異鋰動力電池也是這樣。使用一段時間產(chǎn)生差異后，采用整體電壓控制的方式是難以適用于鋰動力電池的，如一個 36V 的電池堆，必須用 10 只電池串聯(lián)。整體的充電控制電壓是 42V，而放電控制電壓是 26V。用整體電壓控制方式，初始使用階段由于電池一致性特別好，也許不會出現(xiàn)什么問題。在使用一段時間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動，形成不一致的狀態(tài)，（不一致是絕對的，一致性是相對的）這種時候仍然使用整體電壓控制是不能達(dá)到其目的的。例如 10 只電池放電時其中兩只電池的電壓在 2.8V，四只電池的電壓是 3.2V，四只是 3.4V，現(xiàn)在的整體電壓是 32V，我們讓它繼續(xù)放電一直工作到 26V。這樣，那兩只 2.8V 的電池就低于 2.6V 處于了過放狀態(tài)。鋰電池幾次過放就等于報廢。反之，用整體電壓控制充電的方式進行充電，也會出現(xiàn)過充的狀況。比如用上述 10 只電池當(dāng)時的電壓狀態(tài)進行充電。整體電壓達(dá)到 42V 時，那兩只 2.8V 的電池處于 /“饑餓 /”的狀態(tài)，而迅速吸收電量，就會超過 4.2V，而過充的超過 4.2V 的電池，不僅由于電壓過高產(chǎn)生報廢，甚至還會發(fā)生危險，這就是鋰動力電池的特性。

鋰離子電池的額定電壓為 3.6V（有的產(chǎn)品為 3.7V）。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān)：陽極材料為石墨的 4.2V;陽極材料為焦炭的 4.1V。不同陽極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽極的內(nèi)阻略大，其放電曲線也略有差別。一般稱為 4.1V 鋰離子電池及 4.2V 鋰離子電池?，F(xiàn)在使用的大部分是 4.2V 的，鋰離子電池的終止放電電壓為 2.5V～2.75V（電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數(shù)略有不同）。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放，過放對電池會有損害。

便攜式電子產(chǎn)品以電池作為電源。隨著便攜式產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，各種電池的用量大增，并且開發(fā)出許多新型電池。除大家較熟悉的高性能堿性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來開發(fā)的鋰電池。本文主要介紹有關(guān)鋰電池的基本知識。這包括它的特性、主要參數(shù)、型號的意義、應(yīng)用范圍及使用注意事項等。

鋰是一種金屬元素，其化學(xué)符號為 Li（其英文名為 lithium），是一種銀白色、十分柔軟、化學(xué)性能活潑的金屬，在金屬中是最輕的。它除了應(yīng)用于原子能工業(yè)外，可制造特種合金、特種玻璃（電視機上用的熒光屏玻璃）及鋰電池。在鋰電池中它用作電池的陽極。

鋰電池也分成兩大類：不可充電的及可充電的兩類。不可充電的電池稱為一次性電池，它只能將化學(xué)能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原回化學(xué)能（或者還原性能極差）。而可充電的電池稱為二次性電池（也稱為蓄電池）。它能將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存起來，在使用時，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，它是可逆的，如電能化學(xué)能鋰電池的主要特點。

靈巧型便攜式電子產(chǎn)品要求尺寸孝重量輕，但電池的尺寸及重量與其它電子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想當(dāng)年的“大哥大”是相當(dāng)“粗大、笨重”，而今天的手機是如此的輕巧。其中電池的改進是起了重要作用的：過去是鎳鎘電池，現(xiàn)在是鋰離子電池。

鋰電池的最大特點是比能量高。什么是比能量呢？比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用 Wh/kg 或 Wh/L 來表示。Wh 是能量的單位，W 是瓦、h 是小時;kg 是千克（重量單位），L 是升（體積單位）。這里舉一個例來說明：5 號鎳鎘電池的額定電壓為 1 2V，其容量為 800mAh，則其能量為 0 96Wh（1 2V×0 8Ah）。同樣尺寸的 5 號鋰 - 二氧化錳電池的額定電壓為 3V，其容量為 1200mAh，則其能量為 3 6Wh。這兩種電池的體積是相同的，則鋰 - 二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的 375 倍！

一節(jié) 5 號鎳鎘電池約重 23g，而一節(jié) 5 號鋰 - 二氧化錳電池約重 18g。一節(jié)鋰 - 二氧化錳電池為 3V，而兩節(jié)鎳鎘電池才 2 4V。所以采用鋰電池時電池數(shù)量少（使便攜式電子產(chǎn)品體積減孝重量減輕），并且電池的工作壽命長。

另外，鋰電池具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應(yīng)及無公害等優(yōu)點。

鋰電池的缺點是價格昂貴，所以目前尚不能普遍應(yīng)用，主要應(yīng)用于掌上計算機、PDA、通信設(shè)備、照相機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、魚雷、儀器等。隨著技術(shù)的發(fā)展、工藝的改進及生產(chǎn)量的增加，鋰電池的價格將會不斷地下降，應(yīng)用上也會更普遍。

不可充電的鋰電池

不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰 - 二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。本文僅介紹前兩種最常用的。

1、鋰 - 二氧化錳電池（Li MnO2）

鋰 - 二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極，并采用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高，額定電壓為 3V（是一般堿性電池的 2 倍）;終止放電電壓為 2V;比能量大（見上面舉的例子）;放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的儲存性能（儲存時間 3 年以上）、自放電率低（年自放電率≤2%）;工作溫度范圍 -20℃～+60℃。

該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求，它有長方形、圓柱形及紐扣形（扣式）。圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸。這里列舉大家較熟悉的 1#（尺寸代碼 D）、2#（尺寸代碼 C）及 5#（尺寸代碼 AA）電池的主要參數(shù)。

CR 表示為圓柱形鋰 - 二氧化錳電池;五位數(shù)字中，前兩位表示電池的直徑，后三位表示帶一位小數(shù)的高度。例如，CR14505，其直徑為 14mm，高度為 50 5mm（這種型號是通用的）。

這里要指出的是不同工廠生產(chǎn)的同型號的電池其參數(shù)可能有些差別。另外，標(biāo)準(zhǔn)放電電流值是較小的，實際放電電流可以大于標(biāo)準(zhǔn)放電電流，并且連續(xù)放電及脈沖放電的允許放電電流也不同，由電池廠提供有關(guān)數(shù)據(jù)。例如，力興電源公司生產(chǎn)的 CR14505 給出最大連續(xù)放電電流為 1000mA，最大脈沖放電電流可達(dá) 2500mA。

照相機中用的鋰電池多半是鋰 - 二氧化錳電池。這里將照相機中常用的鋰 - 二氧化錳電池列入表 2，供參考。

紐扣式（扣式）電池尺寸較小，其直徑為 12 5～24 5mm，高度為 1 6～5 0mm。幾種較常用的扣式電池如表 3 所示。

CR 為圓柱形鋰 - 二氧化錳電池，后四位數(shù)字中前兩位為電池的直徑尺寸，后兩位為帶小數(shù)點的高度尺寸。例如，CR1220 的直徑為 12 5mm（不包括小數(shù)點后的數(shù)），其高度為 2 0mm。這種型號表示方法是國際通用的。

這種扣式電池常用于時鐘、計算器、電子記事本、照相機、助聽器、電子游戲機、IC 卡、備用電源等。

2、鋰 - 亞硫酰氯電池（Li SOCl2）

鋰 - 亞硫酰氯電池是比能量最高的一種，目前可達(dá)到 500Wh/kg 或 1000Wh/L 的水平。它的額定電壓是 3 6V，以中等電流放電時具有極其平坦的 3 4V 放電特性（可在 90%容量范圍內(nèi)平坦地放電，保持不大的變化）。電池可以在 -40℃～+85℃范圍內(nèi)工作，但在 -40℃時的容量約為常溫容量的 50%。自放電率低（年自放電率≤1%）、儲存壽命長達(dá) 10 年以上。

以 1#（尺寸代碼 D）鎳鎘電池與 1#鋰 - 亞硫酰氯電池的比能量作一個比較：1#鎳鎘電池的額定電壓為 1 2V，容量為 5000mAh;1#鋰 - 亞硫酰氯的額定電壓為 3 6V，容量為 10000mAh，則后者的比能量比前者大 6 倍！

應(yīng)用注意事項

上述兩種鋰電池是一次性電池，不可充電（充電時有危險?。?電池正負(fù)極之間不可短路;不可以過大電流放電（超過最大放電電流放電）;電池使用至終止放電電壓時，應(yīng)從電子產(chǎn)品中及時取出;用完的電池不可擠壓、焚燒及拆卸;不可超過規(guī)定溫度范圍使用。

由于鋰電池的電壓高于普通電池或鎳鎘電池，使用時不要搞錯以免損壞電路。通過熟悉型號中的 CR、ER 就可以知道它的種類及額定電壓。在購買新電池時，一定要按原來的型號來買，否則會影響電子產(chǎn)品性能。

審核編輯 黃昊宇