電池調(diào)節(jié)器延長(zhǎng)鋰離子電池的使用壽命

鋰離子電池自然老化，預(yù)期壽命 大約三年。但是，這種生命可以很短—— 不到一年 - 如果電池處理不當(dāng)。它變成了 電池通常在應(yīng)用中被濫用 否則，智能調(diào)節(jié)將顯著延長(zhǎng)電池壽命。LTC4099 電池 充電器和電源管理器包含一個(gè) I2C 控制 電池調(diào)節(jié)器可最大限度地提高電池運(yùn)行能力 使用壽命，同時(shí)優(yōu)化電池運(yùn)行時(shí)間和充電 速度（見(jiàn)圖 1）。

圖1.LTC4099 與 I2C控制電池調(diào)節(jié)器

鋰離子電池的潛在老化過(guò)程

現(xiàn)代鋰離子電池由石墨制成 負(fù)極端物、鈷、錳或磷酸鐵 正極端子和傳輸 鋰離子。

電解質(zhì)可以是凝膠，聚合物（鋰離子/聚合物 電池）或凝膠和聚合物的混合體。在實(shí)踐中， 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)合適的聚合物來(lái)運(yùn)輸鋰 離子在室溫下有效。最“袋裝”鋰離子電池/ 聚合物電池實(shí)際上是混合電池，包含 聚合物和凝膠電解質(zhì)的組合。

充電過(guò)程涉及鋰離子移出 負(fù)極材料，通過(guò)電解液 并進(jìn)入正極材料。放電是 反向過(guò)程。兩個(gè)端子要么釋放，要么吸收 鋰離子，取決于電池是否 充電或放電。

鋰離子不與端子結(jié)合，而是 進(jìn)入終端就像水進(jìn)入海綿一樣;這 過(guò)程稱為“插層”。因此，通常情況下 基于電荷的設(shè)備，如電解電容器， 由此產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)是兩者的函數(shù) 所用材料和材料的物理結(jié)構(gòu)。 在電解電容器的情況下，箔被蝕刻 以增加其表面積。在鋰離子電池的情況下 電池端子必須具有類似海綿的物理 化妝接受鋰離子。

正極材料的選擇（鈷、錳） 或磷酸鐵）決定容量、安全性 和電池的老化特性。特別是鈷 提供卓越的容量和老化特性，但 與其他材料相比，它相對(duì)不安全。 金屬鋰易燃，鈷正極 末端在放電過(guò)程中容易形成金屬鋰 過(guò)程。如果多項(xiàng)安全措施失敗或 失敗后，由此產(chǎn)生的金屬鋰可以推動(dòng)“通風(fēng)口 有火焰“事件。

因此，大多數(shù)現(xiàn)代鋰離子電池使用錳 或磷酸鐵基正極端子。這 提高安全性的代價(jià)是略微降低容量 并增加衰老。

老化是由腐蝕（通常是氧化）引起的 由電解液的正極端子組成。這減少了 電解質(zhì)在鋰離子傳輸中的有效性和海綿狀鋰離子吸收能力 正極端子。電池老化導(dǎo)致增加 電池串聯(lián)電阻（BSR）和容量降低， 由于正極端子逐漸降低 吸收鋰離子。

老化過(guò)程從電池的那一刻開(kāi)始 制造，無(wú)法停止。但是，電池 處理在老化速度方面起著重要作用 進(jìn)展。

影響老化過(guò)程的條件

正極的腐蝕是一個(gè)化學(xué)過(guò)程 而這個(gè)化學(xué)過(guò)程有活化能概率 分發(fā)函數(shù) （PDF）?；罨芸梢?來(lái)自熱量或端電壓。激活越多 從這兩種來(lái)源獲得的能量越大 化學(xué)反應(yīng)速度越快，老化越快。

用于汽車(chē)環(huán)境的鋰離子電池 必須持續(xù) 10 到 15 年。所以，汽車(chē)供應(yīng)商 鋰離子電池不建議為電池充電 3.8V以上。這不允許使用全部容量 電池，但活化能足夠低 PDF 將腐蝕降至最低。磷酸鐵 正極端子的放電曲線較淺，因此 在 3.8V 時(shí)保持更大的容量。

電池制造商通常將電池儲(chǔ)存在 15°C （59°F） 和 40% 的充電狀態(tài) （SoC），以最大限度地減少老化。 理想情況下，存儲(chǔ)將以 4% 或 5% 的 SoC 進(jìn)行，但它 切勿達(dá)到 0%，否則電池可能會(huì)損壞。 通常，電池組保護(hù)IC可防止電池 從達(dá)到 0% SoC。但包裝保護(hù)不能 防止自放電和包裝保護(hù)IC本身 消耗一些電流。雖然鋰離子電池有 自放電比大多數(shù)其他二次電池少， 存儲(chǔ)時(shí)間有些開(kāi)放。因此，40% SoC 代表了最小化老化和 防止在儲(chǔ)存期間損壞（見(jiàn)圖2）。

圖2.鋰離子電池的年容量損耗與溫度和 SoC 的關(guān)系

在便攜式應(yīng)用中，容量從 這種降低的 SoC 策略在 營(yíng)銷(xiāo)規(guī)范。但檢測(cè) 高環(huán)境熱量和高電池 SoC 的組合 實(shí)現(xiàn)一種算法，最大限度地減少老化，同時(shí) 確保為用戶提供最大容量可用性。

電池調(diào)節(jié)器避免了以下情況 加速衰老

LTC4099 具有一個(gè)內(nèi)置的電池調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器能夠 通過(guò) I 啟用或禁用（默認(rèn)）2C 接口。如果 電池調(diào)節(jié)器使能，LTC4099 檢測(cè) 電池溫度高于~60°C，它輕輕地 對(duì)電池放電，以盡量減少老化的影響。 LTC4099 NTC 溫度測(cè)量始終 打開(kāi)并可用于監(jiān)控電池溫度。這 電路是微功耗電路，僅消耗50nA電流 仍然提供完整的功能。

用于對(duì)電池放電的電流量 遵循圖 3 所示的曲線，當(dāng) 電池端電壓為~3.85V。如果溫度 的電池組降至 ~40°C 以下，并且源 能量可用，LTC4099 再次為 電池。因此，電池受到保護(hù)，免受最壞情況的影響 電池老化條件。

圖3.電池放電電流與電壓的關(guān)系（用于 LTC4099 電池調(diào)理功能）

結(jié)論

雖然鋰離子電池的老化無(wú)法阻止， LTC4099 的電池調(diào)節(jié)器可確保最大 通過(guò)防止電池耗盡條件來(lái)延長(zhǎng)電池壽命 同時(shí)具有高壓和高溫。進(jìn)一步 微功耗，始終開(kāi)啟NTC監(jiān)控電路 確保電池免受生命威脅 條件在任何時(shí)候。

審核編輯：郭婷