聚合物锂离子电池的充放电方式

作者：沃尔德电子

欢迎访问e展厅 展厅 9 电池/开关电源展厅 电池, 碱性电池, 锂离子电池, 纽扣电池, 太阳能电池, ... 聚合物锂离子电池的充放电方式: 聚合物锂离子电池的充电方式与液体锂离子电池基本上相同，主要有两种方式：恒流充电和恒压充电，当然两者也可以交叉进行。前者主要用于实验室研究，后者则较少用。在恒流充电过程中，电压起始升高较快，容量一般随时间线性增加，内阻也不断增加。商品锂离子电池则是先采用恒流充电，然后采用恒压充电。电压、电流和充电量随充电时间的变化。恒流、恒压充电方式最简单的电路实现方法为：设计一个高精度的恒定电压控制电路，并在该电压环路内添加高精度的电流限制环路。电流限制环路用于限制电池的充电电流，直到电池电压真正达到终止电压 （单体聚合物锂离子电池通常为4V）。当电池电压刚刚达到终止电压时，电池实际上只完成了充电的70％～80％。因此需要在恒压模式下继续对电池充电，直到流入电池的电流衰减到最小（5％C）时，才说明电池达到满充电状态。在实际应用或检测中，也可以采用脉冲放电或充电方式。脉冲充电为将全波整流后的交流电压直接接至控制系统，当全波处于上升沿时，电压将超过设定的阈值时，切断充电电路；当全波信号的电压降至低于阈值时，充电电路再次启动。使用这一电路，电池仅在线性充电器的输入输出电压差较低时充电。这可以减小便携式设备的功率损耗，同时允许使用简单的全波整流适配器，电池充电器价格低。 聚合物锂离子电池的放电方式在实际过程中主要是负荷固定的方式。尽管负荷的电阻不变，然而电池的电阻会发生变化。随放电过程的进行，电压下降。当电压降低到一定值时，会发生过放，导致集流体的溶解。为了检测电池的性能，也可以采用恒流放电方式。电池的输出功率与放电电流有关。当电流位于一适中值，输出功率最大（Pmax）。通常可接受的最大功率为Padm。随着聚合物锂离子电池的进一步发展，充电技术也得到不断提高，以期缩短充电时间，提高充电效率和改进充电效果，例如多阶段变电流间歇快速充电方法、初始电流大的多阶段恒流充电等。在聚合物锂离子电池的充电过程中，不可避免会发生包括欧姆极化、浓差极化和电化学极化等在内的极化现象，导致充电电压升高、充电效率降低。为了减小充电过程产生的极化，有效增大充电量，提高充电效率，可以采用去极化的方式。去极化的方式主要有两种：自然去极化（即采用中途停止充电、间歇的方式）和强制去极化 （即采用脉冲放电的方式）。 脉冲充电和去极化脉冲的方式也可以对聚合物锂离子电池进行充电。为了提高聚合物锂离子电池充电的效果，除了进行变电流充电以及充电波形（利用间歇和放电脉冲）的改进，还需要考虑电池状态 （包括荷电状态或可接受充电电流以及老化状态）对充电的影响。随电池充电的增多，其可接受充电电流减小。并且，随着电池循环次数的增多，电池老化严重，其充电特性也逐渐变劣。 在不同的充电或放电状态下，正极、负极的状态不一样，电阻也不一样。了解其变化对于正确理解聚合物锂离子电池的充放电行为具有积极意义。对于整个电池而言，电池的电阻由本体电阻、膜电阻 （Rsei）和电荷传递阻抗 （Rct）组成。在循环过程中，发现电池的本体电阻和膜电阻不变，而电荷传递阻抗表现出2个最小值。温度降低时，Rct明显减少，决定电池的电阻。在低温下充电比放电更难。处于全充电状态时，电阻主要由负极的SEI膜决定；而处于全放电状态时，主要由正极的电荷传递阻抗决定。大电流下的放电容量受正极中锂离子的扩散系数限制，而负极的影响很小。200次循环后，正极的电阻增加最大，例如充电状态为50％时，增加约200％。低温放电时，负极的电阻最大。放电快结束时，正极电阻占据主要地位，而负极的电阻减少。 为了衡量聚合物锂离子电池的循环性能，如果进行实际测试，直到循环达到500次或容量衰减到80％为止，将花费大量时间。通过一系列试验，也可以建立一套模型，采用该模型来估计聚合物锂离子电池的循环寿命。该方法比较省时，但目前还有许多问题要解决。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/4/2013)