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如何充电才能延长电池使用寿命?(二)

2025-04-30

一些工业充电器采用限制充电截止电压来延长电池使用寿命。图一表格显示了电池充到截止电压对应电池电压的剩余容量、充电时间及饱和充电后的剩余容量的估算值。



图一表格:锂离子电池典型充电特性


如 图二 所示,第一次给锂电池充电,电压上升很快。电池容量会随着电池接近充满时最终跟上,这就像拿着橡皮筋举起重物,会有一定延时。这种充电特性适用于所有电池。充电电流越大,橡皮筋效应会越明显。低温或电池内阻较大时会加剧这种效应。

图二:锂电池充电时电压/电量随时间的变化


艾德克斯电子ITS5300充放电全程均可检测充电电压、电流及容量的变化,并可进行各参数的提取、分析及参数间关系曲线图的自动绘制,如图三所示。

图三:ITS5300电池测试系统数据分析


通过读取正在充电的电池电压预测SoC(剩余电量)是不现实的,通过让电池休息几小时再测量电池开路电压会更准确。因为对于所有电池,温度影响着开路电压,锂离子电池也不例外。然而,智能手机、笔记本电脑和其他便携式电子设备的SoC是通过库伦计数法推算的。


库伦计数是通过测量输入或输出的电流,锂电池符合标准的库伦算法和较低的自放电率,老化和温度相关的自放电还是需要考虑到,因此定期校准对于化学电池转变为数字化电池非常有必要。艾德克斯ITS5300电池充放电系统可以在电池循环充放电过程中测试并记录电池充放电容量,帮助客户快速建立电池模型。


锂离子不能吸收过充,所以当电池充满后,充电电流必须被断开,持续地涓流充电会导致金属锂沉积在金属板上,降低安全性。为了降低电池压力,务必保持锂电池在满充电压的停留时间越短越好。从图二中能看出,比如未饱和充电的电芯电压在3.7V-3.9V时,停留在高电压的时间比饱和充电的时间短很多。


便携式电子设备在充电时应该关闭,不然形成了寄生负载会改变充电循环并引发小循环,但是一边充电一边放电很多时候是无法避免的,比如笔记本电脑一边工作一边插在交流电网上,电池始终处于高压状态,往往温度也较高,大大缩短了电池寿命。


电池过充


当然,非钴酸锂电池的额定电压也并不都是3.6V,比如LiFePO电压从3.2V到3.65V,LTO(钛酸锂电池)电压从2.4V到2.85V。将锂离子电池充电至高电压后,电池会变得不稳定。如果给4.2V的电池充电至4.3V,会使得电池正极积淀金属锂,负极材料被氧化,失去稳定性的电池会产生CO2。电池内压力升高,如果保持充电状态,内压达到1000-1380kPa时,保证电池安全的电流切断器(CID)即会切断电流。当压力持续升高到3450kPa时,隔膜爆开脱落,电池可能最终壳体泄漏,伴随燃烧。


一个满电量的电池具有更低的热失控温度,相比于低电量的电池,满电量的电池泄压也更快,因此锂离子电池在低电量状态时更加安全,这也是为何官方要求空运的锂电池30%电量,而不是满电量。


艾德克斯ITS5300测试系统可以设定充、放电任意截止电压,截止充电容量和截止时间,适合电池出货及打包前的预充电。

ITS5300电池充放电测试系统


除了内部电芯的保护,外部保护电路可以防止电芯充电电压超过4.3V。此外,当电池表面温度超过90°C时,保险丝或继电器可以切换电流。此外,为了防止电池过放,当电芯电压低于2.2V时,控制电路也会切断电流回路。


一串电芯需要独立的电压监控,数量越多,保护越复杂。艾德克斯ITS5300可以同时检测多达二百个电芯的电压、交流电阻及温度,可以及时发现电芯间电压的不平衡,并进行自动均充均放,设置截止电压,防止电池的过充和过放。


总结


锂离子电池充电指南


充电时关闭电子设备或断开电池负载,保证电流在饱和充电状态时能顺利降低

保证合适的充电温度,不要在0℃以下给锂电池充电

锂离子电池不需要被充满,部分充满对电池寿命更佳

当充电后电池过热时,请不要继续使用此充电器或电池

存储电池前给电池充一些电(40%-50%的剩余电量最佳)


电池放电指南


高温可以提高电池容量但却缩短电池寿命,在25–30°C以上每升高10℃,电池寿命减少2%。请保持电池的低温

防止过放,电池反极接入会导致电池短路

使用大电池可以减少由于重载或重复充分放电对电池造成的压力

当放电频率较高时,电池会表现出电容特性,这就允许拉载更高的峰值电流

镍或锂电池有快速的化学反应;铅酸电池较慢,重载往往需要几秒钟才能恢复过


并非只有锂离子电池在过充时存在安全隐患,铅基、镍基电池如果错误使用,同样也会融化、起火。艾德克斯ITS5300电池测试系统已获得多家国际知名公司的青睐,可根据客户需要进行全面的定制,全面的保护设计包括对温度的感测适用于几乎所有的电池系统,可以长时间稳定工作,具有断电保护及数据分析功能,是用户值得信赖的测试系统。


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