结构设计电池篇.docx
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结构设计电池篇
常见电池术语与及使用根本常识
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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
mm
mm
mm
450/500
mAh
4
30
40
450
454
4
30
40
500
505
3.5
32
37
450
386
2.8
34
36
450
313
13.6
30
130
450
2891
5
73
101
450
3986
6
73
101
450
4817
7
73
92
450
5115
5.5
55
162
450
5397
6
73
106
450
5069
4.1
60
169
450
4537
5.25
61
169
450
5975
5
82.5
103
450
4610
5.5
65
58
450
2149
3.1
41
42
450
509
4
30
42
500
534
2.5
19
50
500
242
2
30
40
500
239
2.7
16
44
500
189
3.3
60
137
450
2900
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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，而另一节那么为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。
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2、什么是快速充电？
充电电流大于0.2C，小于0.8C那么是快速充电。
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。
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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，那么时间为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，那么时间为2100mAH/160mA约为13小时，而不用计算到分。
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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。
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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，充电电流有时可以到达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。
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11、超高速充电器如何进展过热保护？
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顿充电，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方-△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，对电池进展涓流充电。
采用涓流电流对电池进展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，其次就是不用担忧过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。
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13、常见的充电控制方式有哪些？
为防止电池过充，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，比方按照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，电池电压会到达一个峰值，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，当电压到达峰值时，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到达最大。
当差值最大时停顿充电。
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顿充电。
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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一样。
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，几何构造如何变化，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。
放电深度的上下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防止深度放电。
5〕过放电（Overdischarge）：
电池假设是在放电过程中，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，在到达充满状态后，假设还继续充电，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。
一般在一样体积下，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。
假设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。
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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
1.2V
1.2V
3.6V
3.7V
2V
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构造=>爆炸。
锂电的改进型，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。
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充电电池的充放电的根本要求：
1〕新买的充电电池要充电8-12小时？
不管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响，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展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）。
有时新购置的充电电池，放进充电器的时候，会在还没充饱电之前充电器就停顿充电了。
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，不是你购置到不良的充电电池（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
假设你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，那么充电时间为:
600/400*1.5=6小时（注意：
这种方法不适用新购置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展放电动作，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展放电，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，不管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展一次充放电，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。
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聚合物锂电平安使用指南
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。
为了使您更平安地使用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展充电，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充电器进展充电；对于2串A.K.E锂电池组，我们建议您使用CoolDazzleS200充电器进展充电。
●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展全自动充电，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展充电；
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，制止刮擦、碰撞或用锋利物刺破电池外表。
电池极耳并非十分巩固，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，有助于您进展焊接。
焊接时应使用<100W的恒温烙铁在极耳上镗锡，温度控制在350℃以下，烙铁头在极耳上坚持停留时间不得超过3秒，焊接次数不得连续超过3次。
焊接位置距离极耳根部1cm以上。
必须在极耳冷却后才能进展第二次焊接。
A.K.E聚合物锂电池组已经过良好焊接，制止拆分或再焊接。
聚合物锂电池锂论上不存在流动的电解液，但万一有电解液泄露而接触到皮肤、眼睛或身体其它部位，应立即用清水冲洗并就医。
制止使用已经损坏的电池单体〔封口封边损坏、外壳破损、闻到电解液的气味、电解液泄露等〕。
如遇电池发热剧增，请远离电池以免造成不必要的伤害。
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锂电池保护电路综述
锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流／短路保护和过放电保护，要求过充电保护高精细度、保护IC功耗低、高耐压以及零伏可充电等特性。
本文详细介绍了这三种保护电路的原理、新功能和特性要求。
近年来，PDA、数字相机、手机、可携式音讯设备和蓝芽设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源。
锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，与镍镉、镍氢电池不太一样，锂电池必须考虑充电、放电时的平安性，以防止特性劣化。
针对锂电池的过充、过度放电、过电流及短路保护很重要，所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池。
由于锂离子电池能量密度高，因此难以确保电池的平安性。
在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因内压上升而产生自燃或破裂的危险；反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化，因而降低可充电次数。
锂离子电池的保护电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的平安性，并防止特性劣化。
锂离子电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成，其中保护IC监视电池电压，当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOSFET来保护电池，保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流／短路保护。
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一、过度充电保护：
过度充电保护IC的原理为：
当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。
此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时〔假设电池过充点为4.25V〕即激活过度充电保护，将功率MOSFET由开转为切断，进而截止充电。
另外，还必须注意因噪音所产生的过度充电检出误动作，以免判定为过充保护。
因此，需要设定延迟时间，并且延迟时间不能短于噪音的持续时间。
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二、过度放电保护：
在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低。
采用锂电池保护IC可以防止过度放电现象产生，实现电池保护功能。
过度放电保护IC原理：
为了防止锂电池的过度放电状态，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过度放电电压检测点〔假定为2.3V〕时将激活过度放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以防止电池过度放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1μA。
当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。
另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以防止产生误动作。
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三、过电流及短路电流：
因为不明原因〔放电时或正负极遭金属物误触〕造成过电流或短路，为确保平安，必须使其立即停顿放电。
过电流保护IC原理为，当放电电流过大或短路情况产生时，保护IC将激活过〔短路〕电流保护，此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds（on）当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形，如果比所定的过电流检测电压还高那么停顿放电，运算公式为:
V-=I×Rds（on）×2〔V-为过电流检测电压，I为放电电流〕
假设V-=0.2V，Rds（on）=25mΩ，那么保护电流的大小为I=4A
同样地，过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时产生误动作。
通常在过电流产生后，假设能去除过电流因素〔例如马上与负载脱离〕，将会恢复其正常状态，可以再进展正常的充放电动作。
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四、锂电池保护IC的新功能
除了上述的锂电池保护IC功能之外，下面这些新的功能同样值得关注：
1.充电时的过电流保护
当连接充电器进展充电时突然产生过电流〔如充电器损坏〕，电路立即进展过电流检测，此时Cout将由高转为低，功率MOSFET由开转为切断，实现保护功能。
V-=I×Rds（on）×2
〔I是充电电流；Vdet4，过电流检测电压，Vdet4为-0.1V〕
2.过度充电时的锁定模式
通常保护IC在过度充电保护时将经过一段延迟时间，然后就会将功率MOSFET切断以到达保护的目的，当锂电池电压一直下降到解除点〔过度充电滞后电压〕时就会恢复，此时又会继续充电→保护→放电→充电→放电。
这种状态的平安性问题将无法获得有效解决，锂电池将一直重复着充电→放电→充电→放电的动作，功率MOSFET的栅极将反复地处于上下电压交替状态，这样可能会使MOSFET变热，还会降低电池寿命，因此锁定模式很重要。
假设锂电保护电路在检测到过度充电保护时有锁定模式，MOSFET将不会变热，且平安性相对提高很多。
在过度充电保护之后，只要充电器连接在电池包上，此时将进入过充锁定模式。
此时，即使锂电池电压下降也不会产生再充电的情形，将充电器移除并连接负载即可恢复充放电的状态。
3.减少保护电路组件尺寸
将过度充电和短路保护用的延迟电容器整合在到保护IC里面，以减少保护电路组件尺寸。
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五、对保护IC性能的要求
1.过度充电保护的高精细度化
当锂离子电池有过度充电状态时，为防止因温度上升所导致的内压上升，须截止充电状态。
保护IC将检测电池电压，当检测到过度充电时，那么过度充电检测的功率MOSFET使之切断而截止充电。
此时应注意的是过度充电的检测电压的高精细度化，在电池充电时，使电池充电到饱满的状态是使用者很关心的问题，同时兼顾到平安性问题，因此需要在到达容许电压时截止充电状态。
要同时符合这两个条件，必须有高精细度的检测器，目前检测器的精细度为25mV，该精细度将有待于进一步提高。
2.降低保护IC的耗电
随着使用时间的增加，已充过电的锂离子电池电压会逐渐降低，最后低到规格标准值以下，此时就需要再度充电。
假设未充电而继续使用，可能造成由于过度放电而使电池不能继续使用。
为防止过度放电，保护IC必须检测电池电压，一旦到达过度放电检测电压以下，就得使放电一方的功率MOSFET切断而截止放电。
但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在，因此需要使保护IC消耗的电流降到最低程度。
3.过电流／短路保护需有低检测电压及高精细度的要求
因不明原因导致短路时必须立即停顿放电。
过电流的检测是以功率MOSFET的Rds（on）为感应阻抗，以监视其电压的下降，此时的电压假设比过电流检测电压还高时即停顿放电。
为了使功率MOSFET的Rds（on）在充电电流与放电电流时有效应用，需使该阻抗值尽量低，目前该阻抗约为20mΩ～30mΩ，这样过电流检测电压就可较低。
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