锂电池充电方案分析

二，带Power path selector以及动态电源管理，电压转换，线性充电----实 例BQ24070
BQ24070最大支持2A输入，1.5A充电电流，带动态电源管理功能，通过DPPM Pin设定一个Vdppm电压，当后端输出电压跌落小于Vdppm时，Q2开始调整充 电电流。当后端电压跌落到电池电压下，充电电流开始减小为0，电池开始同时 向负载供电。
锂离子电池的几个基本充电原则
充电电流要求，瞬时值小于5C，平均值小于1.2C 充电电压都不能超过4.275V，考虑到实际的一些误差，一般充电电压 设定不能超过4.2V 充电终止后不能再接受涓流充电，即在达到4.2V充电完成后必须切断充 电
违背上述原则会产生枝晶效应，长期违背会对电池的寿命产生极大影响 并可能会有安全问题
下图为实际的用BQ24133对2cell 7.4V 2150mAh电池的充电曲线
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-1
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锂离子电池的来世。 发展新的正负极材料，如部分动力电池，负极LiC+正极LiMn2O4 锂聚合物电池。在正、负电极粘结剂、电解质三者中任何一种使用 高分子高分子聚合物的锂离子电池就可以成为锂聚合物电池。现在常见 的是使用高分子胶体取代常规液体电解质的锂聚合物电池。
锂离子电池的化学原理
充电
正极反应：LiCoO2
AC JACK
12V 1A
Q1
Q2
R1
100K 13K
C=0.1UF
ACP ACN ACDRV CMSRC
VREF
PVCC BATDRY
SW
ISET
TTC
SRP
SRN
STAT
TS
BQ24133
L=6.8UH
Q3
VIN
R2
Battery
NTC Out
VREF 5.1k
31.6k
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BQ24133为带动态管理及路径管理的充电芯片，如上图所示： 1，Q1,Q2为前端的背对背N-MOS，当AC插入时，Q1 Q2为导通状态，无AC插入时为关
-----------------------------------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V)
低压警戒区
----------------------------------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V)
低压危险区
Charge Profile
闭状态。 2，R1,R2为高精度小电阻，R1用于侦测负载端的耗流，R2 用于侦测充电电流，当
负载加重时，芯片会自动调整减小充电电流。 3，Q3为AC与Battery供电的切换的开关，AC在时关闭，无AC时导通。 4，BQ24133在AC存在的时候后端的输出仍为AC输入的电压。 5，充电为DC-DC充电，效率高，损耗小，发热量小。 6，可支持对1，2，3CELL三种电池的充电
放电
xLi++xe-+Li1-xCoO2
充电
负极反应：6C+xe+xLi+ 放电 LixC6
电解液 LiPF6(氟磷酸锂）+EC(碳酸乙烯酯） +DMC(碳酸二甲酯)
充电时锂离子从正极层状 物的晶格间脱出，通过电解 液迁移到层状负极表面后嵌 入到石墨材料晶格中，同时 剩余电子从外电路到达负极。 放电则相反，锂离子从石墨 晶格中脱出回到正极氧化物 晶格中
锂离子电池
锂是锂电池的核心，是最轻的金属元素。
锂离子电池的前世。早期锂电池的负极为金属锂，金属锂的化学活性太大， 充电时会产生枝晶效应从而使电池短路。后发现锂可与其他金属形成合金， 活性要小很多，且锂在很多层状结构中可逆的嵌入与脱出。嵌锂化合物饿出 现奠定的锂离子电池的技术基础。
锂离子电池的今生。通过锂离子的传递来完成充放电。由正极，负极，隔 膜，电解质组成。
负极枝晶效应
在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的 外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在那儿形成 LiC化合物。如果充电速度过快，会使得Li+来不及进入负极栅格，在负极附 近的电解液中就会聚集Li+，这些靠近碳C负极的Li+很可能从负极俘获一个电 子成为金属Li。持续的金属锂生成会在负极附近堆积、长大成树枝状的晶体， 俗称枝晶。
另一种情形，随着负极的充满程度越高，LiC晶格留下的空格越少，从正极 移动过来的Li+找到空格的机会就困难，时间就越长。如果充电速度不变的话， 一样可能在负极表面形成局部的Li+堆积。因此，在充电的后半段必须逐步缩 小充电电流。
枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜，形成短路。可以想象，充电的速度 越快越危险，充电终止的电压越高也就越危险，充电的时间越长也越危险。
锂离子电池的使用和保护
高压危险区
-----------------------------------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V)
高压警戒区
-----------------------------------------锂离子电池充电限制电压4.20V
正常使用区
充电终止电压对电芯寿命的影响
充电终止电压越高，电池寿命越短 在4.2V附近，1%的电压误差会导致寿命变化1/3
充电终止电压对容量的影响
1%的终止电压的变化，会使容量改变8% 过充电会使容量看起来更大，欠充电会使容量得不到充分的利用 因此，终止电压的精度是一个非常重要的参数
一，带Power path selector以及动态电源管理,PWM充电----实例BQ24133
BQ24070 DPPM功能曲线图
8.7
8.2
7.7
7.2 V
6.7
6.2
A
PWM充电的实际设计考量
比线性方式设计复杂，需增加外围的MOS和电感,需充分考虑MOS的热耗散和 内阻以及电感的过流能力
充电高效率，一个好的PWM的充电效率在80%~95%之间
不需要特别的考虑散热措施，PWM的充电的热耗散量只有线性充电的 30%~60%