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电池博客

锂电池的充放电电压越高的话,它的容量是越大还是越小?

来源:宝鄂实业    2019-05-26 21:05    点击量:

  锂离子电池有一个对电量计量很有用的特性,就是在放电的时候,电池电压随电量的流逝会逐渐降低,并且有相当大的斜率。这就提供给我们另外一种近似的电量计量途径。取电池电压的方法。就好像测量水箱里面的水面高度可以大概估计剩余的水量这个道理一样。但是实际上锂电池的电压比水箱里面的平静的水面高度测量要复杂的多。用电压来估计电池的剩余容量有以下几个不稳定性:同一个电池,在同等剩余容量的情况下,电压值因放电电流的大小而变化。放电电流越大,电压越低。在没有电流的情况下,电压最高;环境温度对电池电压的影响,温度越低,同等容量电池电压越低;循环对电池放电平台的影响,随着循环的进行,锂离子电池的放电平台趋于恶化。放电平台降低。所以相同电压所代表的容量也相应变化了;不同厂家,不同容量的锂离子电池,其放电的平台略有差异。

 

  不同类型的电极材料的锂离子电池,放电平台有较大差异。以上这些都会造成电压的波动和电压的差异,使电池的容量显示变的不稳定,一台手机上用电压计量电池容量时,因为手机不可能一直处于小电流的待机状态。暂时的大电流的损耗,比如开背光,放铃声,特别是通过,都会造成电池电压很快降低。此时手机显示的容量要降低得比实际容量降低更多。而当大电流撤掉以后,电池的电压会回升。这就会造成手机容量显示反而上升这种不合理的现象。

 

  电池的电压在放电过程中一直在降低,比如电池3.6v,19ah,19ah的容量不是放到0v,而是2.几或3.几时,放电容量是19ah,如果放到0v,容量会比19多一点点,过放的话,会损伤电池的寿命。

 

  设计优秀的话,仪表的截止电压和电池的电压基本相同,当电压到达某个数值时比如3V,电池就放完了,或者说接近放完了,仪表也就就到了最低的工作电压,如果说仪表的最低工作电压比较高,比如低于3.6v就不能工作,那么就存在电池还有电,仪表就不能工作的情况,这种情况下,应该提高外部供电电压

 

  要计算的不同材料、不同形状的电池不一样!例钴酸锂

 

  充电电压3.7V3.8V3.85V3.9V3.95V

 

  带电量7.8%28.0%53.0%59.1%67.6%

 

  一般来讲,锂电池的充放电电压越高的话,它的容量也就越大。不同材料的锂电池的充放电电压是不同的。最低的是磷酸铁锂

 

  1.同一个电池,在同等剩余容量的情况下,电压值因放电电流的大小而变化。

 

  放电电流越大,电压越低。在没有电流的情况下,电压最高。

 

  2.环境温度对电池电压的影响,温度越低,同等容量电池电压越低。

 

  3.循环对电池放电平台的影响,

 

  随着循环的进行,锂离子电池的放电平台趋于恶化。放电平台降低。所以相同电压所代表的容量也相应变化了。

 

  4.不同厂家,不同容量的锂离子电池,其放电的平台略有差异。

 

  5.不同类型的电极材料的锂离子电池,放电平台有较大差异。钴锂和锰锂的放电平台就完全不同。

 

  以上这些都会造成电压的波动和电压的差异,使电池的容量显示变的不稳定

 

  一台手机上用电压计量电池容量时,因为手机不可能一直处于小电流的待机状态。暂时的大电流的损耗,比如开背光,放铃声,特别是通过,都会造成电池电压很快降低。此时手机显示的容量要降低得比实际容量降低更多。而当大电流撤掉以后,电池的电压会回升。这就会造成手机容量显示反而上升这种不合理的现象。



 电阻;与IC内部电阻构成分压电路,控制内部过充、过放电压比较器的电平翻转;一般在阻值为330Ω、470Ω比较多;当封装形式(即用标准元件的长和宽来表示元件大小,如0402封装标识此元件的长和宽分别为1.0mm和0.5mm)较大时,会用数字标识其阻值,如贴片电阻上数字标识473,即表示其阻值为47000Ω即47KΩ(第三位数表示在前两位后面加0的位数)。R2:过流、短路检测电阻;通过检测VM端电压控制保护板的电流,焊接不良、损坏会造成电池过流、短路无保护,一般阻值为1KΩ、2KΩ较多。R3:ID识别电阻或NTC电阻(前面有介绍)或两者都有。总结:电阻在保护板中为黑色贴片,用万用表可测其阻值,当封装较大时其阻值会用数字表示,表示方法如上所述,当然电阻阻值一般都有偏差,每个电阻都有精度规格,如10KΩ电阻规格为+/-5%精度则其阻值为9.5KΩ-10.5KΩ范围内都为合格。C1、C2:由于电容两端电压不能突变,起瞬间稳压和滤波作用。总结:电容在保护板中为黄色贴片,封装形式0402较多,也有少数0603封装(1.6mm长,0.8mm宽);用万用表检测其阻值一般为无穷大或MΩ级别;电容漏电会产生自耗电大,短路无自恢复现象。FUSE:普通FUSE或PTC(PositiveTemperatureCoefficient的缩写,意思是正温度系数);防止不安全大电流和高温放电的发生,其中PTC有自恢复功能。总结:FUSE在保护板中一般为白色贴片,LITTE公司提供FUSE会在FUSE上标识字符D-T,字符表示意思为FUSE能承受的额定电流,如表示D额定电流为0.25A,S为4A,T为5A等;现我司所有较多为额定电流为5A的FUSE,即在本体上标识字符’T’。U1:控制IC;保护板所有功能都是IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而控制C-MOS执行开关动作来实现的。Cout:过充控制端;通过MOS管T2栅极电压控制MOS管的开关。Dout:过放、过流、短路控制端;通过MOS管T1栅极电压控制MOS管的开关。VM:过流、短路保护电压检测端;通过检测VM端的电压实现电路的过流、短路保护(U(VM)=I*R(MOSFET))。总结:IC在保护板中一般为6个管脚的封装形式,其区别管脚的方法为:在封装体上标识黑点的附近为第1管脚,然后逆时针旋转分别为第2、3、4、5、6管脚;如封装体上无黑点标识,则正看封装体上字符左下为第1管脚,其余管脚逆时针类推)C-MOS:场效应开关管;保护功能的实现者;连焊、虚焊、假焊、击穿时会造成电池无保护、无显示、输出电压低等不良现象。总结:CMOS在保护板中一般为8个管脚的封装形式,它时由两个MOS管构成,相当于两个开关,分别控制过充保护和过放、过流、短路保护;其管脚区分方法和IC一样。在保护板正常情况下,Vdd为高电平,Vss、VM为低电平,Dout、Cout为高电平;当Vdd、Vss、VM任何一项参数变换时,Dout或Cout的电平将发生变化,此时MOSFET执行相应的动作(开、关电路),从而实现电路的保护和恢复功能。第四章保护板主要性能测试方法1.NTC电阻测试:用万用表直接测量NTC电阻值,再与《温度变化与NTC阻值对照指导》对比。2.识别电阻测试:用万用表直接测量识别电阻值,再与《保护板重要项目管理表》对比。3.自耗电测试:调恒流源为3.7V/500mA;万用表设置为uA档,表笔插入uA接孔,然后与恒流源串联起来接保护板B+、B-如下图所示:此时万用表的读数即为保护板的自耗电,如无读数用镊子或锡线短接B-、P-,激活电路。4.短路保护测试:电芯接到保护板B+、B-上,用镊子或锡线短接B-、P-,再短接P+、P-;短路后用万用表测保护板开路电压(如下图所示);反复短接3-5次,此时万用表读数应与电芯一致,保护板应无冒烟、爆裂等现象。

 

  好电路,按照重要项目管理表设置好锂易安数据,再按自动按钮,接好后按红表笔上的按钮进行测试。此时锂易安测试仪的灯应逐次点亮,表示性能OK。按显示键检查测试数据:‘Chg’表示过充保护电压;‘Dis’表过放保护电压;‘Ocur’表示过流保护电流。第五章保护板常见不良分析一、无显示、输出电压低、带不起负载:此类不良首先排除电芯不良(电芯本来无电压或电压低),如果电芯不良则应测试保护板的自耗电,看是否是保护板自耗电过大导致电芯电压低。如果电芯电压正常,则是由于保护板整个回路不通(元器件虚焊、假焊、FUSE不良、PCB板内部电路不通、过孔不通、MOS、IC损坏等)。具体分析步骤如下:(一)、用万用表黑表笔接电芯负极,红表笔依次接FUSE、R1电阻两端,IC的Vdd、Dout、Cout端,P+端(假设电芯电压为3.8V),逐段进行分析,此几个测试点都应为3.8V。若不是,则此段电路有问题。1.FUSE两端电压有变化:测试FUSE是否导通,若导通则是PCB板内部电路不通;若不导通则FUSE有问题(来料不良、过流损坏(MOS或IC控制失效)、材质有问题(在MOS或IC动作之前FUSE被烧坏),然后用导线短接FUSE,继续往后分析。2.R1电阻两端电压有变化:测试R1电阻值,若电阻值异常,则可能是虚焊,电阻本身断裂。若电阻值无异常,则可能是IC内部电阻出现问题。3.IC测试端电压有变化:Vdd端与R1电阻相连。Dout、Cout端异常,则是由于IC虚焊或损坏。4.若前面电压都无变化,测试B-到P+间的电压异常,则是由于保护板正极过孔不通。(二)、万用表红表笔接电芯正极,激活MOS管后,黑表笔依次接MOS管2、3脚,6、7脚,P-端。1.MOS管2、3脚,6、7脚电压有变化,则表示MOS管异常。2.若MOS管电压无变化,P-端电压异常,则是由于保护板负极过孔不通。二、短路无保护:1.VM端电阻出现问题:可用万用表一表笔接IC2脚,一表笔接与VM端电阻相连的MOS管管脚,确认其电阻值大小。看电阻与IC、MOS管脚有无虚焊。2.IC、MOS异常:由于过放保护与过流、短路保护共用一个MOS管,若短路异常是由于MOS出现问题,则此板应无过放保护功能。3.以上为正常状况下的不良,也可能出现IC与MOS配置不良引起的短路异常。如前期出现的BK-901,其型号为‘312D’的IC内延迟时间过长,导致在IC作出相应动作控制之前MOS或其它元器件已被损坏。注:其中确定IC或MOS是否发生异常最简易、直接的方法就是对有怀疑的元器件进行更换。三、短路保护无自恢复:1.设计时所用IC本来没有自恢复功能,如G2J,G2Z等。2.仪器设置短路恢复时间过短,或短路测试时未将负载移开,如用万用表电压档进行短路表笔短接后未将表笔从测试端移开(万用表相当于一个几兆的负载)。3.P+、P-间漏电,如焊盘之间存在带杂质的松香,带杂质的黄胶或P+、P-间电容被击穿,ICVdd到Vss间被击穿.(阻值只有几K到几百K).4.如果以上都没问题,可能IC被击穿,可测试IC各管脚之间阻值。四、内阻大:1.由于MOS内阻相对比较稳定,出现内阻大情况,首先怀疑的应该是FUSE或PTC这些内阻相对比较容易发生变化的元器件。2.如果FUSE或PTC阻值正常,则视保护板结构检测P+、P-焊盘与元器件面之间的过孔阻值,可能过孔出现微断现象,阻值较大。3.如果以上多没有问题,就要怀疑MOS是否出现异常:首先确定焊接有没有问题;其次看板的厚度(是否容易弯折),因为弯折时可能导致管脚焊接处异常;再将MOS管放到显微镜下观测是否破裂;最后用万用表测试MOS管脚阻值,看是否被击穿。五、ID异常:1.ID电阻本身由于虚焊、断裂或因电阻材质不过关而出现异常:可重新焊接电阻两端,若重焊后ID正常则是电阻虚焊,若断裂则电阻会在重焊后从中裂开。2.ID过孔不导通:可用万用表测试过孔两端。3.内部线路出现问题:可刮开阻焊漆看内部电路有无断开、短路现象。