如何正确给锂离子锂聚合物电池充电

[导读]如今，锂离子/锂聚合物被广泛用于经常充电的便携式电子设备。高效的充电方法可以延长电池的使用寿命并提高其性能。因此，电子设计师在设计符合工业要求的电池供电设备时，必须了解理想的充电程序。

如今，锂离子/锂聚合物被广泛用于经常充电的便携式电子设备。高效的充电方法可以延长电池的使用寿命并提高其性能。因此，电子设计师在设计符合工业要求的电池供电设备时，必须了解理想的充电程序。

锂是目前最轻的金属。它具有最大的电化学势，并提供了与其重量相称的最大能量密度。锂本质上是不稳定的，尤其是在充电过程中。因此，研究人员专注于使用锂离子的非金属锂电池。锂离子的能量密度略低于锂金属，但是，如果满足某些预防措施(充电和放电时)，锂离子是安全的。第一家将锂离子电池商业化的公司是索尼公司，该公司于 1991 年成立。不久之后，其他制造商也纷纷效仿。图 1 显示了锂离子电池的图片。

图 1：锂离子电池

锂聚合物电池 (Lipo)

锂聚合物电池与传统电池的区别在于所用电解质的类型。最初的 Lipo 设计使用固体聚合物电解质。这种电解质的作用类似于塑料薄膜，允许离子交换但会阻断电流。通常，锂聚合物电池的内阻较大，处理大电流突发的能力较弱(尽管这个问题已在一些昂贵的高容量锂聚合物电池中得到解决)，但它们的安全性更高，并且可以制造成低厚度的外形。这使它们成为手机和平板电脑等超薄便携式设备的理想选择。图 2 显示了锂聚合物电池。

图 2：锂聚合物 (Lipo) 电池

如何给锂离子和锂聚合物电池充电

至于充电规则，锂离子电池和锂聚合物电池并没有太大区别。图 3 显示了完整的充电周期。完整的充电过程包括 3 个步骤：PRE Charge、CC和CV。

图3：锂电池充电曲线

预充电

此阶段指的是锂电池的初始电压低于 2.8V 的情况。一般来说，锂电池电压(任何类型的)都不应低于 3.2V，否则电池就没电了，需要“恢复活力”。您可能遇到过这种情况：您的电池长时间未使用(例如放在数码相机内)，其电压降至 3.2V 以下。您无法正常打开设备或给电池充电。

预充电阶段很重要，因为如果充电过程从 CC 阶段开始，并且对没电的电池施加大电流，则会进一步损坏电池并缩短其使用寿命。因此，没电的电池充电过程应从等于电池额定容量 10% 到 20% 的电流开始。例如，如果没电的电池容量额定为 2,200mA，并且您计划以 0.5C(1,100mA)充电，则必须将充电电流设置为 220mA 或更低以进行预充电步骤。所有专业充电器都实施预充电阶段。这就是让您的电池恢复活力的方法!

CC(恒定电流)

如果电池电压高于 2.8V(或在预充电阶段达到此水平)，则可以以 0.5C 至 1C 左右的恒定电流进行充电。

电池的充电速率在数据表中有说明。通常，该值介于 0.5C 和 1C 之间。一些电池制造商允许使用更高的充电电流以实现更快的充电速度，但如果您不确定或无法查看数据表，请以 0.5C 的速率对电池进行充电。例如，如果您的电池额定电流为 2,200mA，则必须将充电电流限制为 1,100mA。

CV(恒定电压)

如图 3 所示，电池达到 4.20V(某些电池类型为 4.10V)后，电流消耗减少，电压和电流曲线进入 CV 阶段。4.20V 是一个关键值，必须以至少 1% 或更高的精度准备;否则，电池会损坏或爆炸!

在 CV 阶段，电压恒定(4.2V)，但电流会减小，直到达到充电电流的 10%。例如，如果您以 1100mA 电流(2200mA 电池的 0.5C)开始充电过程，则应在 110mA 阈值处停止充电，这表明电池已充满电。许多廉价的电池充电器会跳过 CV 步骤，并在电池电压达到 4.2V 时切断电流，但好的充电器应该遵循 CV 步骤。

如何给锂电池充电

到目前为止，您理论上已经知道如何为锂电池充电。但这些概念应该如何在实践中实现呢?您有两种选择：通过混合微控制器和可变开关/线性电源来设计充电器，或者使用独立的锂电池充电器芯片。我将介绍充电器芯片，因为它易于构建和维护。此外，您可以将其中一个芯片嵌入到您的产品/电路板中，并通过充电器的输出为电路供电。好消息是，这些充电器芯片的反向电流消耗很浅，不会耗尽电池电量。

市场上有很多锂电池充电器芯片。一个不错的选择可能是 LTC1733。这是一款独立的线性单节锂充电器。它可以提供最大 1.5A 的充电电流。此外，它还能提供 1% 的充电电压精度。图 4 显示了使用一些外部元件启用 LT1733 的基本原理图。