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锂电池四段式充电原理及要点解析
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/8/12 10:49:00

锂电池在使用中随着电量的释放,电压下降,电池的化学活性也会降低。为了更好的保护锂电池的性能,锂电池一般会要求充电过程按涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电以及充电终止四个阶段,进行管控。

以某电池常规型三元锂电池为例,INR26650-50A电池的标称容量是5000mAh,标称电压是3.6V(市面上也有标3.7V),放电终止电压是2.75V,充电终止电压是4.20V。

锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压,从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命,简化充电器的操作,其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。

锂电池的充电方式是限压恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充电方式是:先检测待充电电池的电压,如果电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。

标准充电过程为:以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为 4.20V。此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。

图1 锂电池充电曲线图

锂电池充电的四个阶段说明:

阶段1:涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电,涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例,则涓流充电电流为100mA)。

阶段2:恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V。

阶段3:恒压充电—— 当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA。)

阶段4:充电终止。

有两种典型的充电终止方法:采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流,并在充电电流小于0.02C时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时,持续充电两个小时后终止充电过程。

上述四阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要2.5至3小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如如果电池温度超出指定窗口(通常为0℃至45℃),那么充电会暂停。 充电结束后,如检测到电池电压低于3.89V将重新充电。

 
 
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