锂电池基本知识

第1页 共3页 电子报/2012年/4月/29日/第013版 爱好者园地 锂电池的相关基本知识(五) 河北 张慧玲 张天星 (紧接上期本版) (3)放电过流保护和外电路短路保护，见图(见上期本版)5(c) 锂电虽然放电电流比铅酸电池大，也必须控制。因为，放电电流过大，温度高会危害锂电心寿命，严重的会引起燃烧和爆炸。内电路或外电路短路，都是引起燃烧和爆炸的导火索。 绝大多数保护板在具有欠压、过压基本功能的基础上，增加了放电过流保护和外电路短路保护，这属于锦上添花的高级功能之一。关键是将放电电流检测，变为信号电压后，再送入电压比较器的输入端，当电流达到一定值时，电压比较器输出低电平，关断放电保护开关。也就是说，可以将它与放电欠压保护的比较器合成到一起。 关于电流取样有两类:一种用康铜丝做成电流取样电阻，如图5(c)的中所示，电流越大，康铜丝两端的电压差越大；一种是两只NMOS管D对D对接，如图5(c)的上所示，电流越大，两开关管串联的电压差越大。此信号加到图5(c)的下所示电压比较器，该比较器的输出端也去控制放电保护开关管的G。电流大到设定值，比较器动作，关断放电保护开关管，切断放电通路。 电动车以及电动工具等多电心、电流大的的基本都采用前者:手机等单电心、电流小的采用后者，成本低、集成度高，体积小。 2.单电心保护板 图6单电心保护板原理图(a)给出了一款具有代表性的手机电池保护电路，图中ICl是理光公司的R5402N163KD，ICl是控制芯片，VCC、VSS供电输入端，接电心，VCC也是电心电压采样；COUT是充电过压保护电压比较器的输出端，外接充电过压保护开关管N2的G2；DOUT是放电保护电压比较器的输出端，外接放电保护开关管N1的G1。 IC2内部有两个独立的开通电压很低的NMOS管，为了分析整个电路的工作原理，将它内部的具体电路进行了置换，如图6(b)所示。 绝大多数配有保护板的电心的正、负极两条引线对外电路来说，电心正极和外电路正极是直接相连的。电心负极和外电路负极不直接相连，有两大类: 电心负极串联放电保护开关再串联充电保护开关，然后才和外电路的负极相连接，这类为同口(充、放电共口)，即整个电池包PACK对外只有两条线，一正一负。放电和充电都接这里，俗称“同口”或“共口”，图6介绍的就是共口。 电心负极在保护板标记为英文battery-，简写为“B-”:电心正极在保护板一般没有焊点，如果有，标记为英文battery+，简写为“B+”。 关于输出口的负极，保护板标记为英文power-的简写“P-”；输出口的正极则和电心正极直接相连，用于和负载的正极相连接。 该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下: (1)正常状态 在正常状态下电路中ICl的“CO"与“DO”脚都输出高电压，两个NMOS都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于NMOS的导通电阻很小，通常小于30mΩ，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。 (2)过充电保护(过压保护) 锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会

电池的基本常识ZT

一、镍镉电池（Nickel-Cadmiun Batteries）的特性

1．镍镉电池可重复500次以上的充放电，非常的经济；

2．内阻小，可供大电流的放电，当它放电时电压的变化很小，作为直流电源是一种质量极佳的电池；

3．因为采用完全密封式，因此不会有电解液漏出的现象，也完全不需要补充电解液；

4．与其他种类电池相比之下，镍镉电池可耐过充电或放过电，操作简单方便；

5．长时间的放置下也不会使性能劣化，当十分充完电后即可恢复原来的特性；

6．可使用在很广的温度范围内；

7．因为它采用金属容器而作成，有机械性的坚固；

8．镍镉电池在非常严格的品质管理下被制造完成，有非常优良的品质性赖性。

二、镍镉电池放电特性

1．放电电压依据其放电电流多少有些差异，大体上是1.2V左右；

2．电池的容量以Ah,mAh的单位来表示；

3．当放电达到放电终了的极限时称之为"放电终止电压"，镍镉电池的放电终止电压为1.0V/cell；

4．使用温度范围在-20℃~60℃，在此范围内可进行放电。

三、保存上的注意事项

1．可在-30℃~50℃的温度范围之间内保存，但如果是长时间放置的情形下，请在35℃以下保存；

2．充电状态或者是放电状态的保存都是可能的，但是比较之下放电状态可使容量较早回复并且较易被激活；

3．当电池在长时间的放置后，使用前必须十分地充电后再使用。

四、镍镉电池的记忆效应（memory effect）

当镍镉电池重复经过几次维持在低容量的放充后，如果必须做一个较大量的放电时电池会无法作用，这种情形我们称为"记忆效应"。记忆效应可能是镍镉电池中最容易被误解的问题。放电终止电压被设定较高的录像机，随着使用的电压变低，表面上看起来似乎随着降低，但是放电电压的低下是可以由1～2次的完全放电而解决这一现象。建议十次充电后进行一次放电，以防止建议效应。

锂电池

一、锂电池（Lithium Ion Battery）的特性：

新买的手机，电池用激活吗？

相信大家都曾遇到这种情况，在买手机时，服务员都会善意的提醒你，手机一定要把电量用光，然后充电12个小时以上，并且要重复三次以上完全充电放电，否则，电池的电量就不能达到最大容量。

其实对于这个问题在几年前比较普遍，现在很多人都已经走出了这个误区。但是其中的原委大多并不了解，今天笔者详细给大家说明一下。

在较早之前，确实有一些充电电池需要类似的“激活”工作。这就是早期使用的镍镉充电电池和镍氢充电电池。这些电池会产生一种被称为“记忆效应” 的现象，在不完全放电的状态下充电，容易使电池过度充电，时间长了会导致电极板上增生晶体，阻塞电解液与电极板的接触，造成电池的电压下降，让使用者产生 电池很快就用完了的感觉。对于这两种电池来说，定期(而不是每次)对电池完全放电后再充电可以减轻上述原因引起的电压下降现象。

不过，现在我们手机上所使用的电池，大都是锂离子电池。锂离子电池在开始使用时不需要通过深度充放电来进行激活，因为电池的初始化及测试过程已 经在制造电池的时候完成了。锂离子电池也没有所谓的“记忆效应”的，可以随时充电。建议定期对锂离子电池进行一次完全充放电的说法，仅仅是为了校准笔记本 电脑和一些高端智能手机上的电量检测装置，并不是因为对电池本身有什么好处。对于普通的手机、数码相机这些分段显示电池大概电量的设备，是完全不需要定期 完全充放电的。

过度充电会引起电池

电池过度充电真的会引起爆炸吗？理论上，确实有这个可能，但是在实际使用中，电池厂商已经在电池内部做好了防范措施，所以一般不会出现爆炸的现象。

锂离子电池的能量密度大，电压较高(单独锂离子电池单元产生的电压可达到4.2V，而普通的镍基充电电池为1.2V)，和低电压类电池相比，锂 离子电池充电时电极的氧化还原反应十分剧烈，因此锂离子电池的使用条件必须受到严格限制，过度充电、过度放电、短路、高温等都会引起电池损坏，甚至发生起 火和爆炸。

一、电池的化学知识

物质发生化学反应的种类有多种，其中一种是氧化还原反应，在这种反应中，实际是电子在反应物中的转移过程。通常把提供电子的物质叫还原剂，接受电子的物质叫氧化剂。在电池体系里，一般把这些还原剂或氧化剂统一称作活性物质，活性物质在电池体系中发生的氧化还原反应就是电池反应。原剂或氧化剂和导电骨架加工在一起，便成了电极，其中，还原剂电极发生电池反应时是失去电子，叫负极，而由氧化剂组成的电极在反应中则得到电子，叫正极，对于可充电的电池，正极又叫阴极，负极又叫阳极。当电极插入到相关的溶液时，便获得了一电势，一般称为电极电位.正极，负极处于一相同溶液体系之下是否有电位差，是能否发生电池反应的必要条件。

1.1. 电池的工作原理和分类

电池是将物质的化学能转变成电能的一种装置。电池工作时，负极（阳极）发生化学反应，给出电子，电子通过外部电子通道传到正极（阴极）并被其消耗，就这样，电池工作时，电子会源源不断的从负极（阳极）跑出来，通过外部电路到达正极（阴极），直到两电极中某一方被消耗完，电子才会停止转移。电子的定向流动便成为电流，最终获得电能。

1.2. 电池的组成

要使电池能连续工作，必需包含以下部分：电极，电解质，隔离物以及电池外壳。

1.2.1 电极一般由活性物质和导电骨架组成，如前所述，又分为正（阴）极和负（阳）极，是电池的核心部分，是电池产生电能的源泉，通过两极上活性物质和化学变化使化学能转变为电能，导电骨架主要起着传导电子和支撑活性物质的作用，又叫集流体。

1.2.2 电解质的一般作用是完成电池放电时的离子导电过程。电池工作时，负极提供的电子通过电池体系的外部电路到达正极从而提供电能，要实现这个能量转换过程，还必需要有一个内部离子导电过程以完成电流回路。离子的正向移动产生电流，电解质的导电就是通过其内部体系的离子迁移从而实施离子导电。

1.2.3 隔离物能常是指置于电池正负极之间的材料，其作用是阻止正、负极活性材料的直接接触，防止电池的内部短路，并能阻挡两极粉状物质的透过。对隔离物的要求必需是电子的良好绝缘体，并具足够过高的化学稳定性，但对离子的迁移阻力应尽可能的小。