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1、锂电池充电方案分析锂离子电池u 锂是锂电池的核心，是最轻的金属元素。u 锂离子电池的前世。早期锂电池的负极为金属锂，金属锂的化学活性太大 ，充电时会产生枝晶效应从而使电池短路。后发现锂可与其他金属形成合金 ，活性要小很多，且锂在很多层状结构中可逆的嵌入与脱出。嵌锂化合物饿 出现奠定的锂离子电池的技术基础。u 锂离子电池的今生。通过锂离子的传递来完成充放电。由正极，负极，隔 膜，电解质组成。u 锂离子电池的来世。u 发展新的正负极材料，如部分动力电池，负极LiC+正极LiMn2O4 u 锂聚合物电池。在正、负电极粘结剂、电解质三者中任何一种使用 高分子高分子聚合物的锂离子电池就可以成为锂聚合物电
2、池。现在常见 的是使用高分子胶体取代常规液体电解质的锂聚合物电池。锂离子电池的化学原理充电 r正极反应：LiCoO2放电xLi+xe-+Li1-xCoO2放电r负极反应：6C+xe+xLi+LixC6充电r电解液 LiPF6(氟磷酸锂）+EC(碳酸乙烯酯） +DMC(碳酸二甲酯)r充电时锂离子从正极层状 物的晶格间脱出，通过电解 液迁移到层状负极表面后嵌 入到石墨材料晶格中，同时 剩余电子从外电路到达负 极。放电则相反，锂离子从 石墨晶格中脱出回到正极氧 化物晶格中负极枝晶效应r在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的 外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦
3、炭C组成的负极，在那儿形成 LiC化合物。如果充电速度过快，会使得Li+来不及进入负极栅格，在负极附 近的电解液中就会聚集Li+，这些靠近碳C负极的Li+很可能从负极俘获一个电 子成为金属Li。持续的金属锂生成会在负极附近堆积、长大成树枝状的晶体， 俗称枝晶。r另一种情形，随着负极的充满程度越高，LiC晶格留下的空格越少，从正极 移动过来的Li+找到空格的机会就困难，时间就越长。如果充电速度不变的话 ，一样可能在负极表面形成局部的Li+堆积。因此，在充电的后半段必须逐步 缩小充电电流。r枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜，形成短路。可以想象，充电的速度 越快越危险，充电终止的电压越高也就越危险，
4、充电的时间越长也越危险。锂离子电池的使用和保护R 高压危险区 -保护线路过充保护电压(4.2754.35V)R 高压警戒区 -锂离子电池充电限制电压4.20VR 正常使用区 -锂离子电池放电终止电压(2.753.00V)R 低压警戒区 -保护线路过放保护电压(2.32.5V)R 低压危险区Charge Profile锂离子电池的几个基本充电原则R 充电电流要求，瞬时值小于5C，平均值小于1.2CR充电电压都不能超过4.275V，考虑到实际的一些误差，一般充电电压 设定不能超过4.2VR充电终止后不能再接受涓流充电，即在达到4.2V充电完成后必须切断充 电R违背上述原则会产生枝晶效应，长期违背会
5、对电池的寿命产生极大影响 并可能会有安全问题充电终止电压对电芯寿命的影响u 充电终止电压越高，电池寿命越短u 在4.2V附近，1%的电压误差会导致寿命变化1/3充电终止电压对容量的影响u 1%的终止电压的变化，会使容量改变8% u 过充电会使容量看起来更大，欠充电会使容量得不到充分的利用 u 因此，终止电压的精度是一个非常重要的参数一，带Power path selector以及动态电源管理,PWM充电-实例BQ24133BQ24133为带动态管理及路径管理的充电芯片，如上图所示：1，Q1,Q2为前端的背对背N-MOS，当AC插入时，Q1 Q2为导通状态，无AC插入时为关闭状态。2，R1,R2
6、为高精度小电阻，R1用于侦测负载端的耗流，R2 用于侦测充电电流，当负载加重时，芯片会自动调整减小充电电流。3，Q3为AC与Battery供电的切换的开关，AC在时关闭，无AC时导通。4，BQ24133在AC存在的时候后端的输出仍为AC输入的电压。5，充电为DC-DC充电，效率高，损耗小，发热量小。6，可支持对1，2，3CELL三种电池的充电下图为实际的用BQ24133对2cell 7.4V 2150mAh电池的充电曲线r 比线性方式设计复杂，需增加外围的MOS和电感,需充分考虑MOS的热耗散和内阻以及电感的过流能力r 充电高效率，一个好的PWM的充电效率在80%95%之间r 不需要特别的考虑
7、散热措施，PWM的充电的热耗散量只有线性充电的30%60%PWM充电的实际设计考量二，带Power path selector以及动态电源管理，电压转换，线性充电-实例BQ24070BQ24070最大支持2A输入，1.5A充电电流，带动态电源管理功能，通过DPPM Pin设定一个Vdppm电压，当后端输出电压跌落小于Vdppm时，Q2开始调整充电电流。当后端电压跌落到电池电压下，充电电流开始减小为0，电池开始同时向负载供电。BQ24070 DPPM功能曲线图BQ24070充电测试 1Cell电池样品1BQ24070充电测试 1Cell电池样品2三，带Power path selector，电压
8、转换，线性充电-实例MC13892MOS管M1与M2起到电压转换以及控制充电电流的作用，所有的压降的损耗承受在M1与M2上面，发热量会很大MC13892对3300mAh电池实际充电曲线r设计简单r小功率时成本很低r低噪声r 如待充电电池的电压在3V-4.1V之间，adapter的输出电压为5V，则线性的充电效率就在60%82%之间，假设充电电流1A，则在充电芯片上的损耗则为2w0.8w之间，对便携式设备来说，就会存在散热的问题。线性充电的实际设计考量充电方法的选择u 在小电流低压差时首选线性充电方法 u在大电流和高压差时首选PWM充电方法u 简单 u 低成本 u手机 MP3等u 高效率 u 快速充电 u 笔记本 平板电脑等The End Thanks
