锂离子电池充放电安全及电池检测设计
来源：宝鄂实业
2019-05-08 12:16
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智能型手机因其功能强大、屏幕耗电量大，更是需要电池容量大及电力更耐久的锂离子电池。当手机电池电量不足时，使用者通常会以充电器或搭配一组移动电源随时对电池进行充电。
体积/容量兼具 锂离子电池为电子产品首选
充电电池依其材质的不同可分为四类：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
表1 充电电池比较表
由表1优缺点看来，镍镉、镍氢及锂离子电池较适合使用在电子产品上;而锂离子电池无论是在体积、重量及容量（电子产品的使用时间）较优于镍镉、镍氢电池，也无记忆效应的问题，所以锂离子电池在电子产品使用上似乎方便许多。
延长使用寿命 锂离子电池充/放电压成关键
一般来说，锂离子电池会有电性安全的范围限制。由于锂离子电池的特性，当电池电压在充电时上升到最高设定电压后，要立即停止充电，避免电池因过充电造成 电池损毁而产生危险;电池供电（放电）时，电池电压如果降至最低设定电压以下便要停止放电，避免因过放电而降低使用寿命。
此外，为确保电池使用上的安全，锂离子电池还必须要加装短路保护，以避免发生危险;即使大多数的锂离子电池都有加装保护电路，然而在选择优质的充电器或移动电源时，这仍然是一项重要的考量因素。
锂离子电池充电器首重安全
充电器是将电池充至其额定电压的设备，而锂离子电池充电器必须具备以下几点特性：
1)可提供固定电流给充电电池
当电池电压到达最大值且不再上升时，其充电电流便会开始下降，如此可避免对电池过度充电，造成电池损伤;当充电电流降至一定程度时，充电器将停止充电。
2)确保电池具备可使用电压
电池在充电完成后，若长时间放置不使用会有自然放电的情形出现，为避免电池过度自放电导致电池电压下降，当电池电压低于所设定电压时，充电器会重新开始对电池充电，确保电池在使用时还能维持一定电压。
四阶段充电简述
以下使用沛亨半导体的充电集成电路（IC）--AIC6511做锂离子电池充电简介，图1为锂离子电池充电曲线图：
图1 锂离子电池充电曲线图
1）Trickle Charge or Pre-Charge
此时的锂离子电池电压小于3伏特（V），当充电器开始对电池充电时，因锂离子电池的特性，其内部阻抗会很大，故充电器会先以一微小电流对电池进行充电，此时电池电压持续上升。
2)定电流充电（Constant Current Charge， CC Charge）
当电池充电电压上升至约3伏特时，充电器改以最大充电电流对电池进行定电流充电，此时电池电压持续上升。
3)定电压充电（Constant Voltage Charge， CV Charge）
当电池充电电压上升至接近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时，充电器改以定电压模式对电池进行充电，此时充电电流开始下降。
4)Charge Full
当充电电流降至微小电流时，充电器停止对电池充电。
电池在充电完成后，若长时间放置不使用会有自然放电的情形出现，为避免电池过度放电导致电池电压下降，电源IC在锂离子电池电压降至4伏特时，会重新开始对电池进行CC Charge模式充电，确保电池在使用时还能维持一定电压。
锂离子电池充电周期
因锂离子电池的特性，若锂离子电池在充电之前已深度放电，此时充电器会先以微弱电流对电池进行Pre-Charge充电（各家厂商设定值不同，本文使用范例的充电IC设定值约为10%的最大充电电流），充电时电池电压上升。
当电池电压上升至约3伏特，充电器改以最大充电电流对电池进行CC Charge，电池电压持续上升。
当电池充电电压上升至接近锂离子电池的饱和点电压约4.2伏特时，充电器改以CV Charge对电池进行充电，此时充电电流开始下降，当充电电流降至约等于Pre-Charge电流时，充电器停止对电池充电，即完成充电。
不论是用通用序列总线（USB）或AC电源转换器（Adapter）输入电源对电池充电，当电池开始充电后，若充电时间超过其设定时间，充电器仍然操作 于Pre-Charge模式而未进入CC Charge模式，或者仍然操作于CC/CV Charge模式而未进入充电完成状态，则透过IC的充电计时保护功能使充电器停止对电池充电。
