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1. 鋰離子電池介紹
鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。
鋰離子電池電壓范圍2.8V~4.2V，典型電壓3.7V，低于2.8V或者高于4.2V，電池都會有損壞風險。
2. 1C和0.1C的概念
電池容量的單位是mAh，C指的是電池充放電的倍率，比如一個2000mAh的電池，以1C放電指的是放電電流大小為2000mA，0.1C為200mA，充電也是同樣的道理。
3. 鋰離子電池的優缺點
鋰離子電池的主要優點：
鋰離子電池電壓高，能量密度高；
循環壽命長，一般可循環500，甚至達到1000次以上；
自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為10%左右；
可快速充電，1C充電時容量可以達到標稱的80%；
工作溫度范圍寬，一般為-25~45°C，后面有望突破-40-70°C；
沒有Ni-Cd、Ni-Mh一樣的記憶效應，在充電前不必將剩余電量用完；
相比較Ni-Cd、Ni-Mh來說環保無污染（不含鎘，汞等重金屬）；
鋰離子電池的主要缺點：
成本高；
需要加保護電路板，包括過充和過放保護；
不能大電流放電，一般放電電流在0.5C以下，過大的電流導致電池內部發熱；
安全性差，容易爆炸、起火。
4. 鋰電池和鋰離子電池的區別
鋰電池和鋰離子電池是兩個不同的概念，主要有如下的區別：
鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰；
鋰離子電池是以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子；
鋰電池也稱一次鋰電池，可以連續放電，也可以間歇放電，一旦電能耗盡便不能再用，不能進行充電；
鋰離子電池也稱二次鋰電池，可以充放電；
5. 鋰離子電池充電模式
鋰離子電池理想充電模式被稱為CC CV模式，即恒流 恒壓模式。
如下的圖形中，灰色為電池電壓，綠色為充電電流，紅色為電池容量。
在電池電壓低時，電池以固定的恒定電流進行充電，當電池電壓達到4.2V時，會由恒流模式切換到恒壓模式，因為電池的電壓不容許超過4.2V，所以系統會逐漸減小充電電流，直到接近于0；當電池電壓為4.2V，且充電電流為0，代表電池已充滿電。
鋰離子電池CC CV模式
為了保證電池的絕對安全，實際的充電模式會更細化，對于不確定的電池上來就按照恒流進行充電，會給電池造成更大的損壞。
測試模式，當電池電壓低于2V時，會以很小的電流，對電池進行喚醒；
涓流充電，也叫預充模式，當電池電壓處于2V~3V之間時，會以恒流充電的1/10或者1/20電流大小進行預充；
恒流充電，當電池電壓升至3V以上時，會以恒流模式對電池快速充電；
恒壓充電，當電池電壓達到4.2V時，會以恒壓模式對電池進行充電；
像TI的方案，在電池電壓為4.2V，充電電流較低但不為0，約為恒流充電電流的1/10時，停止充電，這時候電池電壓會降低到4.16V或者4.17V；
鋰離子電池充電的三個階段
6. 為什么鋰離子電池充電截止電壓是4.2V
下圖是電池的循環壽命和充電截止電壓的關系圖，在電池最初的周期中，充電到略高的電壓會得到更高的單周期電量，但只會存在一小段時間。當電池的充電電壓比推薦的4.2V最高電壓還要高50mV或100mV時，由于每個周期都會略微過度充電，因此電池的老化速度會大大加快。
總結一句話就是：電池的充電截止電壓高于4.2V，電壓越高，循環壽命越短，且電池容量下降越快。
鋰離子電池循環壽命和充電截止電壓的關系
7. 鋰離子電池放電曲線
如下是鋰離子電池在不同放電電流下的放電曲線，可以看出：放電電流越大，電池的容量下降越快，容量越低，電池的標稱容量使用越不充分。
電池容量越低時，電池的內阻相應會增加較多，比較大的電流進行放電時，內阻增長的比較快。
鋰離子電池不同放電電流下的放電曲線
從不同溫度下的電池放電曲線可以看出：溫度越低，電池容量下降越快，放電越不充分。
電池的溫度在0度以下，內部活性成分很弱，內阻會相應的變大；過高的溫度對電池也有損壞。
鋰離子電池不同溫度下的放電曲線
8. 鋰離子電池循環次數
在實際中，每當累積的放電容量等于設計容量時，則記為循環一次。
鋰離子電池循環壽命
國標規定鋰離子電池的循環壽命測試條件及要求：在25度室溫條件下以1C充電150分鐘，以恒流1C的放電電流放到2.75V截止為一次循環。當有一次放電時間小于36分鐘時試驗結束，循環次數必須大于300次。
這個定義規定了循環壽命的測試是以深充深放方式進行的；
規定了循環壽命按照這個模式執行后必須超過300次以后容量仍然有60%以上；
9. 鋰離子電池工作電壓范圍
鋰離子電池的工作電壓有一個范圍，不同電芯廠家制造會有所不同，但是差別不大。
鋰離子電池電壓范圍
10.鋰電池保護板組成
一般的鋰電池保護板由控制IC、MOS管、電阻電容、保險絲FUSE等組成，如下圖所示。
常見的鋰電池保護板電路圖
TH為溫度檢測，內部是一個10K NTC接到電池負極；ID是電池在位檢測，一般是47K/10K電阻接到電阻負極，有的是0R電阻；TH和ID均是選配，并不是所有鋰電池都有的。
接著根據上面這么電路，來看一下如下幾種保護的工作原理吧！
11.過充保護
電池充電時，電流（方向如箭頭所示）從電池包的正極流入，經過FUSE后從負極流出，最下方的兩個MOS管均是導通狀態。
電池充電時電流方向如箭頭所示
充電時，控制IC X1會時刻監測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當這個電壓大于等于過充截止電壓且滿足過充電壓的延時時間時，X1會通過控制第3腳來關閉MOS管Q2，Q2被關閉之后，充電回路被切斷（Q2的體二極管D2也是反向截止的），這個時候，電池只能放電。
過充保護解除條件（滿足其一即可）：
1，電芯兩端的電壓下降到保護IC的過充恢復電壓。
2，在電池包得輸出端加負載放電，放電到電壓小于過充保護電壓。
12.過放保護
在電池包兩端加負載放電時，電流（方向如箭頭所示）與充電是相反的，如下圖所示。
電池放電時電流方向如箭頭所示
放電時，控制IC X1同樣會時刻監測第5腳VDD和第6腳VSS之間的電壓，當這個電壓小于等于過放截止電壓且達到過放電壓的延時時間，控制IC X1會通過第1腳關閉Q1，Q1被關閉之后，放電回路被切斷（Q1的體二極管D1是反向截止），這個時候，電池只能充電。
過放保護解除條件：拿掉負載，給電池包充電，當VM-VDD之間的電壓達到過放恢復電壓值時，控制IC X1會重新打開MOS管Q1。
13.過流保護/短路保護
過流保護指的是過放電流的保護，一般的控制IC有過流保護和短路保護兩種，控制IC時刻監測VSS-VM之間的電壓值，當電壓值達到過流保護或者短路保護的閾值且滿足延時時間，控制IC會將MOS管Q1關閉，切斷放電回路。
電池放電時電流方向如箭頭所示
過電流保護解除的條件是：將輸出端負載拿掉，控制IC會自動將Q1重新打開。
過流保護的電壓值一般是0.1~0.2V，短路保護檢測的電壓值一般是0.9V~2V，這兩個值都與控制IC有關系，不同的IC，這兩個值不一樣。
短路保護電壓值指的是電流流經Q1和Q2上的導通壓降，即可以得出，如果MOS管的導通內阻越大，保護電流值就越小。如：內阻為20mΩ的MOS管，選用的過電流值為0.15V的控制IC，那過流保護的電流應為：0.15V/（0.02*2）=3.75A。
14.控制IC失效之后的FUSE保護
有的保護板里面會加上保險絲，在控制IC失效之后，起到一個二級保護作用，避免更壞的結果，當然也會增加成本。
審核編輯：黃飛
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工商網監
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