详解锂电池原理和结构
来源:宝鄂实业
2019-08-22 20:33
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1、锂离子电池的结构与工作原理:所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的,独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。以LiCoO2为例:⑴电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物,包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4~0.6,y=0.6~0.4,z=(2+3x+5y)/2)等。
2、电池一般包括:正极(posiTIve)、负极(negaTIve)、电解质(electrolyte)、隔膜(separator)、正极引线(posiTIvelead)、负极引线(negaTIveplate)、中心端子、绝缘材料(insulator)、安全阀(safetyvent)、密封圈(gasket)、PTC(正温度控制端子)、电池壳。一般大家较关心正极、负极、电解质锂电池充电电路设计
目前市面上的充电管理IC,都是按照充电电池的充电特性来设计的。充电电池根据充电介质不同,分为镍氢电池,锂电池等。由于锂电池没有记忆效应,所以目前在各种手持设备和便携式的电子产品中,都采用锂电池供电。
1. 涓流充电阶段。(在电池过渡放电,电压偏低的状态下)
3.0V以下。锂电池内部的介质会发生一些物理变化,致使充电特性变坏,容量降低等。在这个阶段,只能通过涓涓细流缓慢的对锂电池充电,是锂电池内部的电介质慢慢的恢复到正常状态。
2. 恒流充电阶段。(电池从过放状态恢复到了正常状态)
IC外部的一个引脚外接一个电阻来决定。阻值大小则根据充电管理IC的datasheet上的公式来计算。
3.恒压充电阶段(已经充满85%以上,在慢慢的进行补充)
在锂电池的电容量达到了85%时候(约值),必须再次进入慢充阶段。使电压慢慢上升。最终达到锂电池的最高电压4.2V。
BAT的引脚输出,这个BAT是连接到锂电池端的。同时这个引脚也是锂电池电压检测引脚。锂电池充电管理IC通过检测这个引脚来判断电池的各个状态。
点击在新窗口查看原始图片图一 A210电源供电图
5V通过D2送到开关SW2, 同时通过充电管理IC MCP73831来送到锂电池。SW2的左边点电压为5V-0.7V=4.3V。由于锂电池的电压不管在充满电或者非充满状态的时候,都低于SW2左边点电压4.3V。所以D1是截止的。 充电管理IC 正常对锂电池充电。
D2和D1, 后级LDO RT9193直接接在BAT引脚输出上,则会是充电IC在通电的时候,会产生误判。会出现接上5V的外接电源,但是锂电池不会进行充电,充电管理IC的LED灯指示也不对。后级负载LDO也不会得到正常的输入电压(输入电压很小)。在这种情况下,只要将充电管理IC的电压输入脚直接对BAT引脚短路连接一下,所有状态又正常,充电能进行,后级负载LDO工作也正常。
IC在接上电的瞬间,要检测BAT的状态,将LDO的输入引脚也连接到了BAT和锂电池正极连接的支路中,会影响到BAT引脚的工作状态,致使充电管理IC进入了涓流充电阶段。 将BAT引脚和充电管理IC的电压输入短路连接一下,使BAT引脚的电压强制性的升高,使充电管理IC判断为锂电池进入了恒流充电阶段,所以输出大电流。能够驱动后级负载LDO等。