簡單的電路指示鋰離子電池的健康狀況

鋰離子電池對不良處理很敏感。當(dāng)我們將電池充電至低于制造商定義的裕量時，可能會發(fā)生火災(zāi)、爆炸和其他危險情況。

鋰離子電池在正常使用的過程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)。但在某些條件下，如對其過充電、過放電或過電流工作時，就很容易會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng);該副反應(yīng)加劇后，會嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量的氣體，使電池內(nèi)部的壓力迅速增大后爆炸起火而導(dǎo)致安全問題。

鋰離子電池產(chǎn)品經(jīng)過30年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，安全技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，有效地控制了電池內(nèi)副反應(yīng)的發(fā)生，保證了電池的安全性。但是，隨著鋰離子電池的使用越來越廣泛，能量密度越來越高，近年來還是屢屢發(fā)生爆炸傷人或因安全隱患召回產(chǎn)品等事件。

鋰離子電池電芯所用的材料包括：正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、隔膜、電解質(zhì)和外殼等，材料的選用和所組成體系的匹配決定著電芯的安全性能。在選用正、負(fù)極活性材料和隔膜材料時，廠家沒有對原材料特性和匹配性進(jìn)行一定的考核，造成了電芯安全性的先天不足。

電芯原材料檢測不嚴(yán)，生產(chǎn)環(huán)境差，導(dǎo)致生產(chǎn)中混入雜質(zhì)，不僅對電池的容量有較大的不利，對電池的安全性也有很大的影響;另外，電解液中如果混入了過多的水分， 可能就會發(fā)生副反應(yīng)而增大電池內(nèi)壓，對安全造成影響;由于生產(chǎn)工藝水平的限制， 在電芯的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品無法達(dá)到良好的一致性，比如電極基體平整度差、電極活性材料出現(xiàn)脫落、活性材料中混入其它雜質(zhì)、極耳焊接不牢、焊接溫度不穩(wěn)定、極片邊緣有毛刺以及關(guān)鍵部 位無使用絕緣膠帶等問題，都可能會對電芯的安全 性帶來不利的影響。

現(xiàn)代電池充電器可以管理危險情況并在發(fā)生非法情況時拒絕操作。然而，這一事實并不意味著所有CELL都是壞的。在大多數(shù)情況下，我們可以更換電量耗盡的電池并延長設(shè)備的使用壽命。圖 1顯示了用于測試電池組的電路。

圖 1 LED 根據(jù)其電壓指示電池的健康狀況。

當(dāng)電源電壓低于 2.6V 時，沒有電流驅(qū)動晶體管的基極。LED 1 亮起，LED 2 熄滅。當(dāng)電壓超過 2.6V 時，晶體管開始短路 LED 1，將其關(guān)閉并點亮 LED 2。 這種情況表明電池低于允許的充電限制。 電壓裕度很大程度上取決于所選 LED 的類型或顏色。標(biāo)準(zhǔn)紅色 LED 的正向電壓為 1.7V;一個綠色 LED，大約 2.1 或 2.2V。本設(shè)計中的電路使用紅色 LED，其正向電壓約為 1.6V，電流為 2 mA。其他 LED 可能需要進(jìn)行簡單的重新設(shè)計，主要是需要使用肖特基二極管而不是該電路中的 1N4148。即使是具有 3V 或更高正向電壓的白色或藍(lán)色 LED 也適用于某些應(yīng)用。

低阻值電阻會增加 LED 的亮度，但也會增加電源電流。表 1顯示了該指示器如何提供三種操作狀態(tài)。雖然這個簡單的設(shè)備消耗的電流很小，但如果我們將該設(shè)備用作顯示器，尤其是在存放時，我們不能期望電池壽命很長。雖然充滿電的 32-Ahr 電池將在大約一年后失效，但相同尺寸但略高于允許充電余量的空電池將在一兩天后失效。

我們可以在一個測試模塊中構(gòu)建一系列指標(biāo)。通過連接到包裝的測量/平衡端口，我們可以通過一個視圖輕松檢查整個包裝。將齊納二極管串聯(lián)到 LED 也使該電路成為更高電壓電平的簡單指示器。