鋰離子電池充電工作原理

鋰離子電池充電的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。 同樣道理，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極 → 負極 → 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，它的陽極采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰離子電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動，電極本身不發(fā)生變化。這是鋰離子電池與金屬鋰電池本質(zhì)上的差別。鋰離子電池的陽極為石墨晶體，陰極通常為二氧化鋰。充電時，陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運動與電子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)陽極表面電離成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態(tài)出現(xiàn)，不會以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)，所以這種電池叫做鋰離子電池。
    一、鋰離子電池的充放電特性
    ５００ｍａｈ的ａａ型鋰離子電池的充放電特性曲線。單只鋰離子電池的充電電壓最好保持在４．１ｖ＋５０ｍｖ，充電電流通常限制在１ｃ（５００ｍａ）以下，否則會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池通常采用恒流／恒壓充電模式，即先采用１ｃ的恒定電流充電，電池電壓不斷上升，當上升到４．１ｖ時充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓方式（４．１ｖ＋５０ｍｖ），充電電流逐漸減小，當電池充足電時，電流降到涓流充電電流。用此方法，大約兩個小時電池可以充足（５００ｍａｈ）。鋰離子電池放電電流不應(yīng)超過３ｃ（１．５ａ），單體電池電壓不應(yīng)低于２．２ｖ，否則會造成損壞。采用０．２ｃ的放電電流，電池電壓下降到２．７ｖ時，可以放出額定電池容量（５００ｍａｈ），采用１ｃ的放電電流時，電池能夠放出９０％的電池容量，另外環(huán)境的溫度對電池的放電容量也會產(chǎn)生影響，所以規(guī)定了鋰離子電池放電時的溫度為－２０℃～＋６０℃。鋰離子電池的一個特點是比較容易顯示剩余電量，因為鋰離子電池的工作電壓隨時間徐徐下降，鋰離子電池放電起始電壓為４．１ｖ（４．２ｖ），放電終止電壓為２．５ｖ。
    二、鋰離子電池的優(yōu)缺點
    優(yōu)點：１．工作電壓高；２．體積小、重量輕、能量高；３．壽命長；４．安全快速充電；５．允許溫度范圍寬；６．放電電流小、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染。
    缺點：１．與干電池無互換性；２．不能快速充電；３．內(nèi)部阻抗高；４．工作電壓變化大；５．放電速率大，容量下降快，無法大電流放電。
    三、鋰離子電池充電器
    下面介紹一種新型的鋰離子電池充電器模塊ｐｓ１７１９，它采用恒流／恒壓方式控制鋰離子電池充電。恒流、恒壓調(diào)整方便，以充電電流減小到最大電流（恒流）的１５％作為充滿判別基準，并終止充電。此外還有充電顯示和充滿顯示功能。ｐｓ１７１９模塊工作電壓為９ｖ，內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

PS1719模塊為腳DIP封裝形式，各引腳功能如下：
　　GND（①、⑩腳）為輸入、輸出電壓接地引腳。
　　BATT－（②腳）接電池負極，對地接電流控制的反饋電阻。
　　LED（⑥腳）為充電狀態(tài)顯示引腳。高電平為充電顯示，低電平為充滿顯示。能提供或吸入電流3mA，可驅(qū)動LED。
　　BATT＋（⑦腳）接電池正極。
　　CAP（⑧腳）外接抗干擾電容負極。電容正極接腳（Vo），該電容為不小于0.22μF。當正脈沖輸入⑧腳時，可實現(xiàn)脈沖涓流充電模式。
　　RV（⑨腳）為電壓控制反饋輸入引腳。電壓控制平衡時，該引腳對BATT－電壓為2.5V。
　　DRV（腳）為帶死區(qū)電壓(0～3V)控制驅(qū)動OC輸出引腳?？晌针娏?0mA，驅(qū)動PNP型功率三極管，實現(xiàn)電壓、電流控制。
　　Vo（腳）為約4V穩(wěn)壓輸出引腳(充1節(jié)鋰離子電池)，外接抗干擾電容正極。
　　V＋（腳）模塊電源正電壓輸入引腳，要求6V≤V＋≤7V。
　　應(yīng)用電路　PS1719模塊專用于3.6V鋰離子電池充電，也可用于三節(jié)鎳鎘或鎳氫電池充電。其典型應(yīng)用電路如圖4所示。