电池之都之锂离子电池充电有哪些要求

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电池之都之锂离子电池充电有哪些要求

电池之都之锂离子电池充电有哪些要求
锂离子电池充电过程中,充电电压高于规定电压;充电电流超过规定电流;放电过程中有过大的放电电流;放电到终止放电电压后还继续放电。这些都会损坏锂离子电池或使之报废。因此,各半导体器件公司纷纷开发出各种安全、高效的锂离子电池充电器集成电路及锂离子电池保护器集成电路,保证了锂离子电池充电、放电的安全。下面由电池之都为大家讲解锂离子电池充电有哪些要求:
① 锂离子电池要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压的允差为额定值的 ±1% (例如,对4.2V的锂离子电池充电时,其允差为±0.042V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。
② 锂离子电池的充电速率(充电电流)应根据电池生产厂商的建议选用,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电速率为0.25C~1C。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止因过热而损坏电池或发生爆炸。虽然某些锂离子电池的充电速率可达2C,但常用的充电速率为0.5C~1C。采用0.5C充电速率时,因充电过程中的电化学反应会产生热量,所以有一定的能量损失。
③ 锂离子电池充电时并非全部采用恒流充电,还有恒压充电,所以实际充电时间为恒流、恒压充电时间之和。锂离子电池对温度有一定要求,充电的温度范围为0℃ ~60℃。如果充电电流过大,会使温度过高,不仅会损坏锂离子电池,而且可能引起爆炸。因此在大电流充电时,需要对锂离子电池进行温度检测,并且在超过设定充电温度时能停止充电以保证安全。另外,充电器电路中有设定的限流电阻,以保证充电电流不超过设定的限制电流。
④锂离子电池的终止放电电压为2.5V。若锂离子电池中没有电池保护器或电子产品中没有锂离子电池终止电压检测电路,则可能造成过放电(低于2.5V),严重过放电会造成锂离子电池的失效。
⑤ 完善的充电器可对过放电的锂离子电池进行挽救修复,即在充电前进行预处理。在充电前检测锂离子电池的电压,若锂离子电池的电压大于2.5V,则按正常方式充电;若锂离子电池的电压低于2.5V,则用小电流(约0.1C的充电速率)充电,充到2.5V后再按正常方式充电。这种预充电的方式称为预处理。
目前的充电器常采用三段充电法,即预处理、恒流充电(快充)和恒压充电(充满)。开始以设定的恒流充电,锂离子电池的电压以较高的斜率增长,在充电过程中斜率逐步降低,充到接近4.2V时,恒流充电阶段结束,接着以4.2V恒压充电。在恒压阶段充电时,电压几乎不变(或稍有增加),充电电流不断下降。当充电速率下降到0.1C时,表示电池已充满,应终止充电。
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氢燃料电池与锂电池相比多方面的优势
近年来,我国对于燃料电池产业化的推动,氢燃料电池是未来国家发展能源结构的关键技术,当前,有利于氢燃料电池汽车发展的外部环境正在逐步形成,氢燃料电池领域正在成为行业新的发展方向。下面由电池之都为大家讲解氢燃料电池与锂电池相比多方面的优势:
从技术层面上来讲,锂电池生产技术成熟、产业链完善、可以批量化生产,且生产成本较低,目前正处于规模效应扩大阶段。根据公开资料显示,锂电池造价成本低,商业化运作则较为成熟。相对而言,氢燃料电池制造的难度较大,对于质子交换膜、关键材料催化剂、双极板等技术的要求较高,而这些关键技术,又主要掌握在美国、欧洲、日本等外国手中。
从环保层面来讲,锂电池能量密度为90到140Wh/kg,三元锂电池理论能量密度是300到350Wh/kg,密度较低,且易燃、反应产物有毒、含有多重金属,如果回收不当,就会对环境造成污染。如果锂电池能提升能量密度,优化循环使用寿命,会更具竞争力。
而氢燃料电池作为一种发电的装置,能量密度要高于锂离子电池,目前能达到600Wh/kg,理论上限是1到2万Wh/kg,提升空间较大。并且氢燃料电池可以直接加氢,补给时间较短,续航能力也能够轻松达到500km以上,排出物仅是水,没有污染,在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染,符合环保理念。
目前我国动力电池主要是以磷酸铁锂和三元锂电池为主,还有少量的钴酸锂、锰酸锂电池和钛酸锂。据相关资料显示,废旧动力锂电池中含有大量的锰、钴、镍等重金属元素,同时在其电解液中也包含有例如六氟磷酸锂这样的高毒性物质,以及其它容易挥发性有机物,如果得不到妥善处置,不仅会造成资源的浪费,还会对环境造成巨大污染。
从成本角度来看,随着技术的进步和商业化程度的提高,氢燃料电池成本下降的空间较大。而锂电池如果考虑到电网端扩容的成本,其综合配套成本高于燃料电池。锂电池的度电成本为1200元/kWh,电池成本为4.5万元。氢燃料电池成本主要是电池组和高压储氢罐,目前100kw电池组成本为10万元,预测年产50万台后,单位成本将降至2万元。
从时间来看,氢燃料电池加氢只需要3—20分钟;而锂电池充电则是一个缓慢的过程,大概需要30分钟—3个小时。即使特斯拉推出的超级充电站,通常也需要1个小时以上。
从续航里程来看,氢燃料电池可达600km以上,且提升空间大。而锂电池的续航里程为400km左右,续航里程很容易受环境温度的制约,而且会出现锂电池老化的现象。
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锂离子电池多重保护机制:
由于错误使用会减少寿命,甚至可能导致爆炸,所以,锂离子电池设计时增加了多种保护机制。
保护电路
防止过充、过放、过载、过热。
排气孔
因其具有防爆炸功能,电池界业内人士也称为防爆孔或防爆线。原理十分简单,在壳体表面划出一条比壳体表面厚度稍微薄一点的线或孔,当电芯短路时,电池内部短时间内将产生大量气体并迅速增大压强,当压力过载时,因防爆孔薄于壳体其余地方,气体便防爆孔处泄气,从而达到避免电芯整体爆炸的危险。
隔膜
隔离电芯正、负极片,以防止卷芯内部正、负极片直接接触造成短路;从微观角度看,隔膜表面为网状结构,通常有PP、PE之分,也有PE、PP复合在一起的。
区分隔膜通常按厚度、宽度进行划分,铝壳锂离子电池使用的隔膜厚度通常为16um、18um、20um等,动力电池使用的隔膜厚度以30um以上为主流。
若按形状区分则有卷状、条状之分。卷状隔膜就是将裁剪好宽度的隔膜卷在一个纸筒上,供客户自行裁剪隔膜单条长度(形状与透明胶相似)。条状隔膜则由供应商按客户提供的长、宽、厚等参数,直接裁剪好成条状的隔膜。卷状隔膜的优点在于通用性强,但需增加人力进行裁剪,条状隔膜优点在于无需人力裁剪即可使用,但是通用性不强。
隔膜在电池内部温度过高时还能融化,以防止电池爆炸。当电池内部温度达到130℃(锂离子电池国家标准gb18287-2000)以上时,隔膜的网状孔将闭合,阻止锂离子通过升高内阻(至2kΩ),以达到阻止电芯内部温度继续升高的作用,从而保护电芯产生爆炸的危险。
排气孔、隔膜一旦激活,电池将永久失效。

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