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无线充电设计必知:通透了解锂电池技术

做什么都得从最基本的开始,无线充电设计也是一样,简单点说,无线充电就是为了给锂电池充电,那么如何更好的设计无线充电,就是如何更好的实现给锂电池充电。那么是否能够通透了解锂电池,是能否设计出一个更有效的无线充电的关键所在。下面小编就带着你去通透了解锂电池技术。

无线充电存在的意义是为了给电池充电,如果对电池不懂,就不要谈充电,更不要谈无线充电,想了解无线充电,先了解电池,这里说的电池主要是指锂电池。这里只介绍电池的基础知识,适合无线充电行业的所有从业人员。

太多的人对电池等的认识是有误区的:

误区一:电池是否需要激活,新电池是否需要反复充放3次,每次充12小时。

误区二:电池尽量少充电,少使用寿命才长。

误区三:电池充电充太久了会爆炸,充满了就要拔掉电源。

误区四:充电越快,电池越好。误区五:充电器充电电流越大,充电越快。

误区六:无线充电没有有线充电快。我们先不讨论这些误区的原因在哪里,下面我们一起分析一下锂电池的特性后自然都清楚了具体原因。

全文分三大块介绍:电池基础、电池保护、电池充电。

(一)锂电池基础锂电池的组成

我们平时见的手机电池都是锂电池,行业较电池PACK,锂电池PACK主要由两大块构成:电芯和保护板。电芯主要由五块构成:正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳。保护板主要由保护芯片、MOS管、电阻电容和PCB板构成。

锂电池的组成

锂电池的分类锂电池按照形状分为圆柱型电池和方形电池。圆柱型如一些移动电源和电动工具用的18650电池,方形电池如手机电池。按电解液分为锂离子电池和聚合物电池。锂离子电池电解液是液态的,外壳是一般是硬的,一般为铝壳或钢壳,如三星的传统机器都是锂离子电池。聚合物电池电解液为固态,如苹果手机的电池。

锂电池的分类

锂电池的常用术语

1>电池容量电池的容量又叫电池的电量,单位为Ah(安时)或mAh(毫安时)。容量为1Ah的电池理想情况,在充满电的情况下用1A的电流持续放电可以放1个小时。

2>充/放电倍率充/放电倍率表示以多大电流充/放电,一般以电池的标称容量的倍数来计算,一般称为“多少C”。2500mAh的锂电池,如果放电倍率为1C是指放电电流为2500mA,充电电流为0.2C是指充电电流为500mA。

3>标称电压锂电池的标称电压又称为额定电压,普通手机电池的标称电压一般为3.7V,电池充满时的电压一般为4.2V左右,电池刚放完时的电压一般为2.5V左右。

4>标称功率/标称能量根据物理教材,P=U*I,W=U*I*t,功率的单位为W(瓦),能量的单位为Wh(瓦时)。容量为1500mAh的电池,标称电压为3.7V,标称功率为5.55W,标称能量为5.55Wh。

5>内阻电池可以等效为一个电压源,带有一定的内阻的电压源。对电池来说,内阻越小越好,内阻越小也越贵。电池的内阻的单位为Ω(欧姆)或mΩ(毫欧)。电池内阻主要受电池的材料和制造工艺的影响。

6>循环寿命电池的循环寿命一般指充满和放光一次的循环,电池到了循环寿命后,电池老化很厉害,电池的容量将下降很多,循环寿命也是衡量电池的重要指标。IEC标准规定电池的循环寿命为500次后保持为初始容量的60%,国标规定循环300次后容量应保持为初始容量的70%。

7>剩余电量(SoC)电池的剩余容量指电池当前的电量与总的可用电量的百分比,0%~100%,反映还有多少电量的情况。(SoC : State of Charge).

(二)电池保护锂电池为什么需要保护?

锂电池由于其化学活性,结构等原因需要有保护系统,如果没有保护系统,可能对电池的使用寿命影响很大,严重的情况可能存在爆炸或燃烧的危险。没有带保护板的锂电池是禁止使用的。锂电池要避免深充深放,这样会严重影响电池寿命,如果经常给电池补充电对电池的寿命有帮助。很多人要用到手机自动关机才开始给手机充电,这是严重不好的习惯,一个是电量低的时候RF发射功率大,辐射厉害,同时影响电池的使用寿命。经常使用无线充电的朋友,由于不拨打电话的时候,手机放在无线充电器上,无线充电器会及时的给手机补充电量,对电池的寿命很有帮助。因此电池最好的状态是不要充太满也不要放过量。

锂电池保护系统如下图:


锂电池保护系统

锂电池由于其特殊原因,需要至少以下保护措施:1>过充保护当电池快充满时,一般电池电压达到4.2V左右,需切断充电通路,防止电池过充。2>过放保护当电池快放完时,一般电池电压达到2.5V左右(不同厂家电压会有一定差异),也需切断放电通路,防止电池过放。3>过温保护当电池由于过大电流充放电或异常时,电池温度会急剧升高,一般电池温度达到60~65°左右,一定要切断充放电回路,确保系统安全。电池温度过高对电池的使用寿命也会有较大影响,如果电池长时间工作在高温环境,如45°以上,会严重缩短电池的使用寿命。很多无线充电的接收端是紧贴电池的,有些厂家的接收端设计的不合理,效率低,发热严重,同时也会严重影响电池的寿命,做无线充电的朋友一定要注意这一块。另外有些保护系统还会对充电电流和放电电流做保护,防止系统过流或短路。手机电池都带有保护系统的,如果电池充满,电池保护系统会自动关断,切断充电回路,不用担心电池爆炸的危险。

(三)电池充电分析电池一定要分析电池的充电,同时结合无线充电分析。锂电池由于其本身的特性,充电也是有要求的,如果电池严重过放,电压很低的话,只能以小电流给电池充电,慢慢激活电池,否则对电池伤害会很大。另外大电流、高倍率给电池充电或放电都对电池有伤害,会影响电池的使用寿命。业内一般对电池的充电过程分为三段:涓流、恒流、恒压。电池电压过低时采用先涓流充电,当电池电压充到正常电压后再恒流快速充电,当电池快充满时又转为小电流恒压充电给电池慢慢补充电量。举个例子:经常发生的事,很多朋友有时想简单对比两个无线充电器的充电速度,一般是两个手机一个电量少(假如50%)左右,一个电量多(假如90%),放在上面同时充10分钟再看结果,一个充了5%左右,一个只充了1%左右,问我差异怎么这么大,我只能说你这个对比的差异也太大了。另外什么情况是充满了,通过电池电压判断是不太准确的,业内有一个标准,一般认为恒压充电时充电电流为恒流充电的0.1倍左右就认为充满了。

锂电池的充电电流与电压的曲线图如下:


锂电池的充电电流与电压的曲线图

对电池来说,充电快慢主要是由恒流充电阶段的充电电流决定的,与你采用的是有线充电还是无线充电没有直接关系。无论是有线充电还是无线充电,只要充电器提供的充电电流大,充电速度就快。无线充电技术就不在这里分析了,另外更多无线充电经典技术介绍,敬请关注无线充电圈官方微信(WXCDQ360)。

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