结构设计电池篇.docx

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结构设计电池篇

结构设计-电池篇

结构设计-电池篇常见电池术语与及使用基本常识********************************************************************容量計算公式：

Fomulatocalculatecellcapacity:

长X宽X高X0.095厚（H）宽（W）长（L）工艺P6/P8电池容量mmmmmm450/500mAh43040450454430405005053.532374503862.8343645031313.6301304502891573101450398667310145048177739245051155.555162450539767310645050694.16016945045375.25611694505975582.510345046105.5655845021493.14142450509430425005342.51950500242230405002392.716445001893.3601374502900********************************************************************1、什么是1C充电电流？

例如一节5号镍氢电池的电容量为1200mAH，而另一节则为1600mAH。

我们把一节电池的电容量称为1C，可见1C只是一个逻辑概念，同样的1C并不相等，1C充电电流可以是1200mA，也可以是1600mA。

********************************************************************2、什么是快速充电？

充电电流大于0.2C，小于0.8C则是快速充电。

3、什么是慢速充电？

充电电流在0.1C-0.2C之间时，我们称为慢速充电。

4、什么是涓流充电？

充电电流小于0.1C时，我们称为涓流充电。

5、什么是超高速充电？

充电电流大于0.8C时，我们称之为超高速充电。

6、什么是恒流充电方式？

恒流充电法是保持充电电流强度不变的充电方法。

恒流充电器通常使用慢速充电电流。

********************************************************************对充电时间的计算有个简单的公式：

Hour=1.5C/充电电流。

例如：

对1200mAH的电池充电，充电器的充电电流为150mA，则时间为1800mAH/150mA等于12小时。

当然在很多时候并不能计算出正好的时间，我们可以挑离得最近的半小时以方便记时。

例如：

充电器的电流为160mA，对1400mAH的电池充电，则时间为2100mAH/160mA约为13小时，而不用计算到分。

********************************************************************7、什么是快速自动充电方式？

通常所使用的是余弦法充电，也就是说并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之变化，这样能缓解热量的积聚，从而将温度控制在一定范围内。

8、什么是脉冲式充电法？

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。

********************************************************************9、大电流充电对电池寿命的影响大不大？

大电流充电对电池寿命的影响是很小的，在很多情况下我们都要用到快速充电甚至超高速充电，充电电流有时可以达到2C或更高。

大电流并不是电池杀手，真正对电池寿命产生影响的是大电流充电时产生的高热。

10、如何解决大电流充电过程中的发热问题（过温保护）？

过高的温度对充电电池是有害的，在慢速恒流充电器中，由于是慢速充电，产生的热量在可控制范围内，因此并不需要采取特殊的措施。

但在快速自动充电器中，采用快充电流就会产生更高的温度。

因此目前市场上的快速自动充电器都采用了各种方法来降低充电时的温度，通常所使用的是余弦法。

一些充电器甚至加装散热风扇来解决发热问题。

********************************************************************11、超高速充电器如何进行过热保护？

由于超高速充电器需要极大的充电电流，有些甚至使用了2C-3C的充电电流，其发热问题尤为严重，仅仅采用余弦波充电还不够，因此这类充电器很多都采用在一个余弦波后插入一个很短暂的放电这种方法。

这种做法可以缓解由于反电势消耗充电电流所产生的热量积累，从而进一步控制温度。

12、什么是-△V保护？

使用快速充电器的另一个问题是，当充电时间到了之后如果忘记停止充电，对电池的伤害要远大于慢速恒流充电器过充产生的伤害。

因此为了解决过充问题，快速充电器一般都采用了比如-△V保护等方法来判断电池是否接近充满，这些充电器都使用了控制电路或者IC芯片来完成这一任务。

当电池接近充满时，控制电路会自动转入涓流充电模式，对电池进行涓流充电。

采用涓流电流对电池进行充电的好处是很明显的，其一如前所述，涓流充电能将电池充的很满，其次就是不用担心过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。

********************************************************************13、常见的充电控制方式有哪些？

为避免电池过充，需要在必要时对充电过程或在充电完成时予以控制或终止。

常见的充电控制方法有以下六种：

1）时间控制：

通过设置一定的充电时间来控制充电终点，一般按照充入120%~150%电池标称容量所需的对应时间来控制。

标准充电一般采用时间控制方式，比如按照IEC标准测试电池容量时即采用0.1C充电16小时的方法。

2）-△V控制：

当电池充满电时，电池电压会达到一个峰值，然后电压会下降。

当电压下降一定的值时，终止充电。

3）峰值电压控制：

通过检测电池的电压来判断充电的终点，当电压达到峰值时，终止充电。

4）温度控制：

电池在充电过程中，温度会逐渐升高。

充满电时，电池温度与周围环境温度的差值会达到最大。

当差值最大时停止充电。

5）dT/dt控制：

通过检测电池温度相对于充电时间的变化率来判断充电的终点。

6）TCO控制：

当电池温度升高一定数值时停止充电。

********************************************************************电池充电的名词解释：

1）充电率（C-rate）：

C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。

例如：

充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mAh（1C）放电时间可持续1小时，如以200mA（0.2C）放电时间可持续5小时，充电也可按此对照计算。

2）终止电压（Cut-offdischargevoltage）：

指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。

根据不同的电池类型及不同的放电条件，对电池的容量和寿命的要求也不同，因此规定的电池放电的终止电压也不相同。

3）开路电压（OpencircuitvoltageOCV）：

电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。

电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，起开路电压都一样的。

4）放电深度（DepthofdischargeDOD）：

在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比，称为放电深度。

放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。

5）过放电（Overdischarge）：

电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。

6）过充电（Overcharge）：

电池在充电时，在达到充满状态后，若还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。

7）能量密度（Energydensity）：

电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。

一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。

8）自我放电（Selfdischarge）：

电池不管在有无被使用的状态下，由于各种原因，都会引起其电量损失的现象。

若是以一个月为单位来计算的话，锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。

9）充电循环寿命（Cyclelife）：

充电电池在反复充放电使用下，电池容量会逐渐下降到初期容量的60%-80%。

10）记忆效应（Memoryeffect）：

在电池充放电过程中，会在电池极板上产生许多小气泡，时间一久，这些气泡会减少电池极板的面积，也间接影响电池的容量。

********************************************************************充电电池的种类：

电池种类镍镉电池（Ni-Cd）镍氢电池（Ni-Mh）锂离子电池（Li-lon）锂聚合物电池（Li-polymer）铅酸电池（Sealed）电压1.2V1.2V3.6V3.7V2V使用寿命500次1000次500次500次200～300次放电温度-20°～60°-10°～45°-20°～60°-20°～60°0°～45°充电温度0°～45°10°～45°0°～45°0°～45°0°～45°备注耐过充能力较强目前最高容量是2100mah左右重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。

但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构=>爆炸。

锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。

就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和重量是最大的。

********************************************************************充电电池的充放电的基本要求：

1）新买的充电电池要充电8-12小时？

不论任何电池都有自我放电的特性，所以当新充电电池到你手中时，这中间可能充电电池已经经过了一段时间的自我放电了。

这就是充电电池内部的化学原料已经历一段时间没有使用，出现“钝化”状态，无法充分发挥化学反应，提供足够的电压。

在这种情况下，第一次使用充电电池时，一定要将充电电池充满，让电压恢复到原有的水平。

事实上，如果你的充电电池长时间没有使用，也一样会产生这种“钝化”现象，而且情况会更严重。

最好能对充电电池进行3次充放电的过程，将有助充电电池的活化作用。

让充电电池内部的化学物质可以充分发挥应有的效果（镍镉电池）。

有时新购买的充电电池，放进充电器的时候，会在还没充饱电之前充电器就停止充电了。

当遇见这种问题的时候，你只要将充电电池移开充电器，然后在放进充电器继续充电。

这对于新充电电池是很正常的现象，不是你购买到不良的充电电池（镍氢、锂离子电池）。

一般来说对充电的时间不能太久，最多12小时就足够，如果一旦过度充电就会对充电电池造成损坏。

2）如何计算充电时间？

充电时间（小时）=充电电池容量（mAh）/充电电流（mA）*1.5的系数假如你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，则充电时间为:

600/400*1.5=6小时（注意：

这种方法不适用新购买或长期未使用的充电电池）3）镍氢充电电池和锂离子充电电池其实也是有记忆效应，使用起来真的不用放电吗？

其实上镍氢充电电池和锂离子充电电池的记忆效应是十分轻微的，并不值得我们去注意它。

（请注意看到这里时，就不要利用充电器的放电功能对镍氢充电电池和锂离子充电电池进行放电动作，尤其是锂离子充电电池，由于本身的材质因数，并不允许电池本身能够承受充电器的强制放电。

如果你硬要对锂离子充电电池进行放电，最终将导致电池损坏。

）另外，你使用需放电的镍镉充电电池，那么建议你，不论使用电池的次数是否频繁，最好每隔两、三个月左右就对镍镉充电电池进行一次充放电，这样可以确保镍镉充电电池的记忆效应对电池的影响减到最低状态。

********************************************************************聚合物锂电安全使用指南聚合物锂电有着非常多的优良性能，它正被越来越多地应用到遥控模型当中。

但是在使用这种先进的能源装置之前，有一些非常重要的使用要点是需要您时刻注意的。

由于聚合物锂电池能量密度大，不正确的使用往往会带来危险，同时也令电池性能得不到好的发挥，甚至令电池过早夭折。

为了使您更安全地使用A.K.E聚合物锂电池，请您仔细阅以下文字。

●燃烧：

使用非锂电池充用充电器进行充电，有可能引起锂电池损坏、冒烟、发热或燃烧！

对于3串A.K.E锂电池组，我们建议您使用CoolDazzleS400充电器进行充电；对于2串A.K.E锂电池组，我们建议您使用CoolDazzleS200充电器进行充电。

●损坏：

过度放电、过度充电或反向充电将立即导致锂电池损坏！

●充电：

充电电流不得大于电池容量的1/2；充电截止电压为单颗4.20V±0.05V；CoolDazzle充电器能对对应的锂电池组进行全自动充电，并有指示灯提示充电过程（详情请阅充电器说明书）。

●放电：

初次使用，请先使用推荐的充电器进行充电；持续使用时，请注意检查电池电压，3串电池组总电压不得低于8.25V；2串电池组总电压不得低于5.5V；单颗电压不得低于2.75V。

低于这些额定电压将导致电池气鼓，直至损坏！

●保存：

锂电池的自放电率高于镍氢电池，长期保存，容易过度放电，请定期检查电压，使之单颗电压维持在3.6V～3.9V之间；保存条件：

温度-20℃～+35℃；相对湿度45%～85%。

A.K.E聚合物锂电池单体采用铝塑膜包装材料，禁止刮擦、碰撞或用尖锐物刺破电池表面。

电池极耳并非十分坚固，弯折容易断裂，尤其是正极耳。

每颗单体在正极耳上冷焊有助焊片，有助于您进行焊接。

焊接时应使用500>500自放电率（%/月）图1简化的电池电量计框图最早应用的方法是通过监视电池开路电压来获得剩余容量。

这是因为电池端电压和剩余容量之间有一个确定的关系，测量电池端电压即可估算其剩余容量。

这种方法的局限是：

1）对于不同厂商生产的电池，其开路电压与容量之间的关系各不相同。

2）只有通过测量电池空载时的开路电压才能获得相对准确的结果，但是大多数应用都需要在运行中了解电池的剩余容量，此时负载电流在内阻上产生的压降将会影响开路电压测量精度。

而电池内阻的离散性很大，且随着电池老化这种离散性将变得更大，因此要补偿该压降带来的误差将十分困难。

综上所述，通过开路电压来实时估算电池剩余容量的方法在实际应用中无法达到足够的精度，只能提供一个大致的参考值。

另一种大量应用的方法是通过测量流入/流出电池的净电荷来估算电池剩余容量。

这种方法对流入/流出电池的总电流进行积分，得到的净电荷数即为剩余容量。

电池容量可以预置，也可在后续的完整充电周期中进行学习。

在补偿电池自放电、不同温度下的容量变化等因素后，这种方法可以获得令人满意的精度，因此广泛运用于笔记本电脑等高端应用中。

*********************************************************************电池电量计工作原理:

电池电量计对流入/流出电池的总电流持续进行积分，并将积分得到的净电荷数作为剩余容量。

简化的电池电量计如图1所示。

其中，RSNS为mΩ级检流电阻，RL为负载电阻。

电池通过开关、RSNS对RL放电时的电流IO在RSNS两端产生的压降为VS（t）=IO（t）×RSNS。

电量计持续检测RSNS两端的压差VS，并将其通过ADC转换为N位的数字量Current（简称CR），之后以时基确定的速率进行累加，M位累加结果Accumulated_Current（简称ACR）的单位为Vh（伏时）。

对量化后的VS进行累加相当于对其进行积分，结果为。

电池电量。

因此，将ACR值除以检流电阻RSNS的阻值即得到以Ah（安时）为单位的电池容量。

ADC转换结果和累加后的结果都带有符号位，按照图1中的连接方式，充电时CR为正，ACR递增；放电时CR为负，ACR递减。

外部微控制器可以读取CR和ACR值，经过换算得到真实的充放电电流和电量值。

实际的电量计还包括一些控制和接口逻辑，通常还能检测电池电压和温度等参数。

一些智能电量计可以自动完成电池自放电的修正，还可保存电池特性曲线，允许用户定制电池电量计算法。

*********************************************************************电池电量计的计算:

通常，在电量计数据资料中CR的单位为mV，ACR的单位为mVh。

根据前文的说明，CR值为取样电阻两端的电压值，典型的12bitCR如表2所示。

其中，S为符号位，20为LSB。

如果CR的满偏值为F，则其LSB的计算公式如下：

（1）若CR的读数为M，取样电阻为值RSNS，则实际的电流值为：

（2）电流方向由S位确定。

若满偏值F为±64mV，则LSB为±15.625μV；RSNS为10mΩ时最大电流为±6.4A。

若M为768，则实际电流为。

ACR为取样电阻两端电压的累积值，典型的16bitACR如表3所示。

其中，S为符号位，20为LSB。

如果ACR的满偏值为F，则LSB的计算公式如下：

（3）净电荷量由