一圖帶你了解聚合物鋰電池容量的學(xué)問
說到聚合物鋰電池,除了我們常用的智能手機(jī)、平板電腦等數(shù)碼產(chǎn)品等使用其供電以外,現(xiàn)在大多數(shù)電子產(chǎn)品都使用鋰電池進(jìn)行供電的;所以熟悉了解聚合物鋰電池容量的學(xué)問,也許對我們?nèi)粘J褂煤驮O(shè)計鋰電池供電包括電池充電器來說,是很有必要的。
現(xiàn)在好多關(guān)注聚合物鋰電池放電的人,都有這樣的體會,就是當(dāng)聚合物鋰電池從充滿電壓4.2V放電到3.7V時,時間很長,但一旦過了3.7V就放電很快了,沒錯,確實這樣。下面翻閱一些鋰電池的資料,給大家做一個總結(jié)。
一、我們先說一下電池的放電平臺,就是指充滿電的鋰電池在放電時,電池的電壓變化狀態(tài)。
電池恒流放電,電池電壓要經(jīng)歷三個過程,即下降、穩(wěn)定、再下降,在這三個過程中,穩(wěn)定期是最長的。穩(wěn)定時間越長,說明電池的放電平臺越高。放電平臺的高低,與電池制造工藝息息相關(guān)。就是因為各個鋰電池廠家的市場定位不一樣,技術(shù)工藝手段不同,其控制的放電平臺就不一樣,質(zhì)量也就有很大差別。
一般地,一節(jié)18650的鋰電池滿電壓4.2V,當(dāng)用1C的電流放電放到3.7V,放了60分鐘,那么我們就說電池的使用容量是2200mAh,在這段時間里根據(jù)充電電池特性,做出一個圖,如下,可以更好理解電池容量和電壓電流時間與放電平臺關(guān)系:
聚合物鋰電池容量與放電平臺理解示意圖
容量(C)=放電電流×電池放電平臺時間
對于1節(jié)容量為2200mAh的18650鋰電池來說,1C放電到3.7V用時1小時,
容量(C)=2200mA×1小時=2200mAh
那么問題就來了,對于好一點的鋰電池,一般在我們做產(chǎn)品測試時會在3.7V以后電壓下降的很快,那么在短時間內(nèi)放的電量就很少。相反不好的電池在4.2V到3.7V放電的時候,電壓下降的很快,而在3.7V以后電壓又下降的有很慢,這種電池是性能不好的一般容量也非常低。那么好的鋰電池的放電平臺就是3.7V。
就一般而言,在恒壓條件下,充到電壓為4.2V,電流小于0.01C時停充電,然后擱置10分鐘,在任何倍率的放電電流下,放電至3.7V時,電池放電所經(jīng)歷的一個時間長度,是衡量電池好壞的重要指標(biāo)。不過,不要一味地追求高平臺,有時候平臺電壓高,容量卻下降了,因為,不同倍率條件下,平臺電壓是不同的,因此,平臺的問題應(yīng)從多方考慮。既要容量高,又要在指定電壓持續(xù)時間長,才算真正的好電池。
什么又是放電率的呢?
放電率F:[1/時],意思是 "N小時充(放)電率,常常只說"數(shù)",而不說單位;F也稱做 "N小時充(放)電率", F =1/(N小時),一般可以這樣計算:
I=0.1 X [1/(N小時)] X C
舉例,電池容量時2200mAh,以 0.1C 的電流充電,相當(dāng)于明確: 對電池的充電電流 I=0.1[1/時]X2200[毫安時]=220[毫安]
借助上面的鋰電池電池容量與放電平臺理解示意圖,能比較好的理解充電電池容量和電池的放電平臺的道理,也可以說是衡量電池高功率的工作時間,同樣兩個電池容量是相同的,充滿電后假設(shè)同時從4.2V放到3.7V,但是一個時間長,一個時間短,就是時間長的電池平臺高,就是高電壓的時間工作時間長,比如這兩個電池用在手機(jī)上,待機(jī)時間是相同的,但兩個手機(jī)一起打電話,平臺時間長的電池通知時間會長,平臺時間短的電池通話時間會短
二、對于這個圖,另一個含義,對理解鋰電池的電量管理監(jiān)測也很有意義。
比如,目前,對充電電池進(jìn)行電量監(jiān)控方法,一般有兩種。
測量電池電壓方法。當(dāng)充電器在充電時檢測電池電壓,當(dāng)電壓達(dá)到規(guī)定電壓值時就認(rèn)為充滿。如鋰電池的電壓充到4.2V時就認(rèn)為充滿。檢測電壓的電壓表精度要達(dá)到正負(fù)1%的精度。因鋰電池過充電要損壞。如果想監(jiān)視電池充放電的話,書上有很成熟的電路可以參考,如果只是測量一下的話那就好辦了,根據(jù)容量計算一下負(fù)載電阻,用標(biāo)準(zhǔn)放電電流放電,這時再檢測電壓,只要能達(dá)到或接近標(biāo)稱的放電時間就行。
測量電池電壓這種方法,有很多不足例如對于不同廠商生產(chǎn)的電池,其開路電壓與容量之間的關(guān)系各不相同等。優(yōu)點是設(shè)計成本比較低。
還有一個常用的監(jiān)測剩余電量的方法是,在一些要求比較精確電池容量的地方,了解電池剩余容量用估算電池使用時間,通過測量流入/流出電池的凈電荷來估算電池剩余容量。對流入/流出電池的總電流進(jìn)行積分,也就是求圖中曲線下的面積,得到的凈電荷數(shù)即為剩余容量。這就是電池容量計算的方法是目前認(rèn)為是比較精確的計算電池電量的方法。
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