电源小白入门学习6——锂离子电池特性及充电电路

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锂离子电池

• 锂离子电池的标准电压是3.7V；充电截止电压为4.2V；放电截止电压根据放电体系的不同，一般在2.5V-3.0V之间.
• 锂离子电池目前使用最广泛的为18650电池和锂聚合物电池两种。

18650电池

• 18650电池是一种锂离子电池的规格标准，其名称来源于其尺寸：直径约18毫米，长度约65毫米，最后的“0”表示它是圆柱形状的电池。这种电池通常被用于各种便携式设备，如手电筒、笔记本电脑电池组、电动工具等，也常用于DIY电池组装和电动车辆中。
• 18650电池通常具有较高的能量密度和较大的容量，因此在一定程度上可以提供持久的电力支持。它们也经常用于电动汽车的电池组，尤其是早期的电动车型。
• 然而，18650电池也有一些局限性，比如在高功率输出下可能会产生较多的热量，从而降低电池的寿命，同时也存在安全隐患。因此，在使用18650电池时需要注意合适的使用条件，并采取适当的安全措施。
• 一般容量在3200mAh。
  
  

锂聚合物电池

• 锂聚合物电池是一种锂离子电池的类型，与传统的液态电解质不同，它使用固态或凝胶状的聚合物作为电解质。这种设计使得电池更轻、更薄，并且更加安全，因为聚合物电解质相比液态电解质更不容易泄漏或起火。
• 锂聚合物电池通常用于便携式电子设备，如智能手机、平板电脑和便携式电子产品，因为它们可以更好地适应这些设备的形状和尺寸需求。此外，锂聚合物电池还被广泛应用于无人机、电动车辆和储能系统等领域。
• 与传统的液态锂离子电池相比，锂聚合物电池通常具有更高的能量密度、更低的自放电率和更长的寿命。然而，它们也可能更昂贵，并且在高功率应用中的性能可能不如液态锂离子电池。
• 锂聚合物的电池容量和体积、形状都有关，且锂聚合物电池的形状多样，可以做的很薄，理论上可以做到0.5mm。

锂电池的放电曲线

这个一个我从网上随便找的锂电池放电曲线，我们来简单的分析一下：

• 随着电池的放电，电池电压和放电电流都会有所下降，且放电电流与电池电压和放电时间围成的面积 = 电池容量，所以在电池放电至2.76V时，电池已经完全放电。
• 且由于此电池容量比较小，不到200mAh，应该是我们刚才提到的锂聚合物电池。
• 对于18650电池来说，电池容量和放电电流应该远大于这个电池，

就是一个18650电池的放电曲线，但这里是不同放电电流情况下放电电压随时间的变化，我们也可以得到一下内容：

• 不同的放电电流，放电电压会有所变化，放电时间也会有变化，
• 放电电流越大，放电电压越小，放电时间越短。
• 同理，不同温度对电池容量也会有影响，在使用的过程中也需要考虑，这里就不展开介绍了。

锂离子电池充电方法

一个完整的锂电池充电周期，一般会经历以下三个阶段：

1. 第一阶段：涓流充电，当电池电压小于3V时进行预充电，激活锂离子电池内部材料，典型充电电流在0.01C到0.1C之间
2. 第二阶段：恒流充电，3V<电池电压<4.2V时进行恒流充电，电流在0.2C到1C之间
3. 恒压充电：电池电压>4.2V时，恒压充电，控制充电电压为4.2V，电流会随之减少，直到充满。

控制锂电池充满的停止充电的方式：

1. timier定时器：进入恒压充电一段时间后停止充电。
2. C/10停止：当充电电流减小至C/10一下时，停止充电。

常见的充电方案

常见的充电方案有两种：线性充电器和开关充电器

• 线性充电器：线性充电器的工作原理和LDO类似(不懂的可以去看一下：电源小白入门学习4——LDO的选择与使用技巧)，内部有一个晶体管用作分压电阻。流过晶体管的电流=充电电流，缺点和LDO一样，效率低，发热量高，受限于输入电压，充电电流小，速度慢。

以下是一些常见的线性充电芯片：

TP4056： 这是一款经济实惠且广泛使用的单芯片锂电池充电管理芯片，适用于单节锂电池充电。

MCP73831： 这是Microchip推出的一款小型、低成本的单芯片锂电池充电器，适用于单节锂电池充电。

MAX1811： 这是Maxim Integrated推出的一款高效的单节锂电池充电器，具有集成的电流限制和电压截止功能。

LT3650： 这是Linear Technology（现为ADI）推出的一款高效多化学品电池充电器，具有MPPT（最大功率点跟踪）功能，适用于多种类型的锂电池充电。

BQ24075： 这是德州仪器（TI）推出的一款集成了电流限制和电压截止功能的锂电池充电器芯片，适用于单节锂电池充电。

• CHRG#是充电状态指示引脚：充电时为低电平，其他时候为高阻态；
• STDBY#是充满状态指示引脚，电池充满是为低电平，其他时候为高阻态；
• 当LED1和LED2都不亮时，CHRG#和STDBY#都是高阻态，此时芯片未工作；
• TEMP作为温度检测引脚，当TEMP脚电压小于0.45VCC或大于0.8VCC时，芯片将停止工作；
• PROG时恒流充电电流控制引脚：IBAT = （VPROG/RPROG）* 1200，在恒流充电阶段，VPROG = 1V ，预充电阶段，VPROG = 0.1V
• CE作为芯片使能端，高电平时芯片正常工作。
• 250mΩ电阻为热调节电阻，作用是使芯片在较高温度情况下，依然可以输出800mA的电流。

• 开关充电器：开关电源充电器是一种常见的充电器类型，与线性充电器相比具有效率高、充电速度快、稳定性好、适应性强等优势。开关电源充电器通过使用开关电源技术（DC-DC的工作原理，不懂的可以参考：电源小白入门学习5——BUCK、BOOST、BUCK-BOOST），将输入电压通过高频开关转换为稳定的直流电压，以实现对电池或其他充电设备的充电。

以下是一些常见的开关充电器芯片：

TP5410： 这是一款常见的单节锂电池充电管理芯片，具有高效的开关充电功能和多种安全保护功能。

MCP73871： 这是Microchip推出的一款单节锂电池开关充电器，具有高效的开关充电和恒流/恒压充电模式。

MAX846A： 这是Maxim Integrated推出的一款高效的单节锂电池充电管理芯片，具有集成的开关电源和充电管理功能。

BQ24192： 这是德州仪器（TI）推出的一款高度集成的单节锂电池开关充电器，具有USB电源管理和可编程充电参数。

LT3652： 这是Linear Technology（现为ADI）推出的一款多化学品电池充电器，具有MPPT功能和高效的开关充电器。

由于这一部分的实践，我也没有进行过，所以这里我们先不讲，以后有时间再补充。