1﹑引言

隨著(zhù)鉛酸蓄電池質(zhì)量的不斷提高，其應用范圍越來(lái)越廣泛。要生產(chǎn)一只合格的鉛酸蓄電池，必須經(jīng)過(guò)多道生產(chǎn)工藝，而且每道生產(chǎn)工藝都有嚴格的工藝要求。目前大部分蓄電池殼生產(chǎn)廠(chǎng)家在蓄電池池殼注塑后僅憑人工檢測注塑效果，以剔除不合格品。而在池殼注塑過(guò)程中受溫度及材質(zhì)等因素的影響,池殼可能出現氣孔、毛毗等缺陷，由于小密鉛酸蓄電池的池殼各單格相互連結的隔板比中、大密電池薄,小密蓄電池各單格之間的間距也較小,所以?xún)H憑人工檢測很難發(fā)現池殼的某些缺陷，等到半成品電池時(shí)再通過(guò)檢測儀器剔除因此造成的不合格品就為時(shí)過(guò)晚,已經(jīng)浪費了大量的人力、物力。針對這種情況，我們參考國外相關(guān)成品電池密合度檢測設備中的高壓檢測原理，成功開(kāi)發(fā)出了物美價(jià)廉的池殼檢測機。它適用于各類(lèi)大、中、小密鉛酸蓄電池池殼的檢測，對小密鉛酸蓄電池尤其有推廣價(jià)值。

2、檢測原理

在注塑后的蓄電池池殼的隔板兩邊緊貼隔板分別放置兩塊厚銅板,其中一塊銅板接直流高壓,另一塊銅板接地線(xiàn),在兩塊銅板之間加1.5萬(wàn)伏～3萬(wàn)伏直流高壓,通過(guò)檢測泄漏電流的大小來(lái)判斷池殼好壞,當池殼隔板有氣孔或有毛毗等缺陷時(shí)此處隔板變薄，承受高壓的能力差，空氣電離嚴重，泄漏電流比正常池殼明顯增大，當檢測到的泄漏電流大于設定泄漏電流時(shí)我們用聲光報警來(lái)表明此電池不合格。(設定的泄漏電流值根據實(shí)際情況定)。以一只12V6單格的小密鉛酸蓄電池為例，其池殼的高壓接線(xiàn)如圖1。


鋰離子電池以能量密度高、體積小、重量輕等優(yōu)勢，在手機、筆記本電腦市場(chǎng)已經(jīng)完全取代其他電池，占有率幾乎達到了100%。目前，鋰離子電池正迅速延伸至電動(dòng)工具及其他的應用中，它廣闊的市場(chǎng)前景也越來(lái)越得到業(yè)界的認同。不過(guò)，與鎳氫、鎳鎘、鉛酸電池相比，要更快地推動(dòng)鋰離子電池的應用和發(fā)展，還必須不斷提高它的安全性和使用壽命。本文將從充電器角度，討論一種新型的充電解決方案以提高鋰離子電池的安全性，延長(cháng)電池使用壽命，同時(shí)降低充電器的成本。

在使用電池的過(guò)程中，我們常會(huì )聽(tīng)到電池業(yè)者這樣的一句話(huà)：“電池使用中壞的少，更多的是被充壞的”。這句話(huà)我們可以理解為，不正確的充電條件或方法將更容易損害電池、降低電池的壽命。以18650鈷酸鋰離子電池為例，當充電過(guò)溫，在70℃左右：電解質(zhì)界面(SEI)模開(kāi)始分解并發(fā)熱；120℃左右：電解質(zhì)、正極開(kāi)始熱分解，造成析氣并使溫度迅速上升；在到260℃左右：電池爆炸�；虺潆娺^(guò)壓，以過(guò)壓5.5V來(lái)看，容易使鋰金屬析出，溶劑被氧化，溫度上升，產(chǎn)生惡性循環(huán)，甚至電池著(zhù)火、爆炸。因此，針對如何充電，我們共同來(lái)探討下面幾個(gè)重要的問(wèn)題。

為什么需要預充功能？

電池工作電壓從2.5V(碳負極電池:3V，電量為0%)到4.2V(電量為100%)。當電壓小于2.5V時(shí)，電池放電終止。同時(shí)因為放電回路關(guān)閉使內部保護電路的電流損耗也降為最低。當然，實(shí)際應用中由于不同的內部材質(zhì)，放電終止電壓可在2.5V-3.0V范圍。當電壓超過(guò)4.2V時(shí)，充電回路終止，以保護電池安全；而當單體電池工作電壓降到3.0V以下，我們即可認為過(guò)放電狀態(tài)，放電回路終止，以保護電池安全。所以電池不用時(shí)，應將電池充電20%的電量，再進(jìn)行防潮保存。

由于鋰離子電池具有較高的能量比，因此在電池使用中要嚴格避免過(guò)充，過(guò)放的現象。過(guò)放會(huì )導致活性物質(zhì)的恢復困難，此時(shí)如果直接進(jìn)入快速沖電模式(大電流)，會(huì )對電池產(chǎn)生損害，影響使用壽命并可能因此帶來(lái)安全隱患。先以小電流(C/10)充到2.5V至3.0V，再轉換成快充是必要的。

雖然目前鋰離子電池在應用中都帶有保護板，在通常的情況下，發(fā)生過(guò)放的幾率會(huì )很小，但不加預充功能，在這兩種情況下的情況還是可能帶來(lái)過(guò)放的隱患。一是保護板失效，二是長(cháng)時(shí)間放置(5%-10%/月)的自放電率。因此小電流預充可以有效解決過(guò)放電池的充電問(wèn)題。

但是，充電電流并非越大越好。以單體鋰離子電池為例，它的充電方式都包括恒流、恒壓充電過(guò)程，恒壓通常為4.2V(以L(fǎng)iCoO2電池為例)，恒流設置值為0.1C～1C。雖然大電流的充電會(huì )縮短充電時(shí)間，但也會(huì )造成電池生命周期的縮短和容量的降低，因此我們需選擇恰當的恒流值進(jìn)行充電。

下面是一個(gè)4.2V/900mAHLiCoO2電芯的不同電流充電與電池容量的關(guān)系曲線(xiàn)(圖1)，我們可以看出大約500個(gè)充放周期后，小電流充電的電池容量明顯大于大電流充電的電池容量。

恒壓充電時(shí)的電壓精度要求

作為高能量密度電池，過(guò)充會(huì )對鋰離子電池造成很大的危害，有可能會(huì )膨脹漏液甚至發(fā)生爆炸。而且過(guò)充容易造成電池里面的電解物質(zhì)加快反應而造成電池的使用壽命減短，因此準確的恒壓值充電對鋰離子電池的使用壽命而言有著(zhù)重要的意義。

為了更充分地充滿(mǎn)電，要保證恒壓值和終止電壓值的精度在1%之內。以鈷酸鋰離子電池為例，最好能盡可能接近4.2V，但又不超過(guò)4.2V，這種高精度的電壓充電法，可以減少鈷的溶解，穩定LiCoO2的層狀結構，使它的包覆不發(fā)生相變，提高循環(huán)性能，并保持高容量。此外，即使輕微的過(guò)壓也會(huì )帶來(lái)兩個(gè)現象的改變，電池初始容量減小和電池循環(huán)壽命降低。

在多節鋰離子電池串聯(lián)的情況下，為保證獲到最大的電池容量和壽命，因此有時(shí)甚至要求精度達到0.5%以?xún)�。所以說(shuō)，充電電壓的精度控制是鋰離子電池充電器的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
目前人們對鋰電池充電電壓有這樣一個(gè)誤解，認為有了電池保護板，在電壓精度上不必關(guān)心，這是不可取的。因為電池保護板目的是用于對可能的意外事故進(jìn)行及時(shí)的保護，它考慮的比較多的是安全因素，而不是性能因素。比如以4.2V的電芯為例，保護板的過(guò)壓保護參數是4.30V(有的可能會(huì )要4.4V)，假如每次都過(guò)充，以4.30V作為充電截止點(diǎn)，電池容量也會(huì )很快衰減的。


為什么需要充電定時(shí)器

曾有一家充電器廠(chǎng)商表示，他們以前常碰到充電器用戶(hù)來(lái)退貨，說(shuō)充電器壞了，原因是電池充了一天，電池都充不飽，充電器不轉燈，一直是紅燈�？蓮S(chǎng)家對充電器實(shí)際測量時(shí)，又發(fā)現它是正常的，符合出廠(chǎng)要求。這是什么問(wèn)題呢？這主要是因為這充電器沒(méi)考慮到電池的老化后自放電變大。如果截止充電的電流設置過(guò)小，將使得老化的電池一直達不到充電完成的設置點(diǎn)，從而使得用戶(hù)產(chǎn)生誤判，認為充電器已壞。

充電定時(shí)器的作用就是防止已損害的或過(guò)多循環(huán)的鋰電池，在充電的截止段，由于自放電過(guò)大，使電池難以進(jìn)入EOC的狀態(tài)(高于判斷電流)，一方面給用戶(hù)帶來(lái)電池充不飽的誤判，另一方面也可能由于過(guò)長(cháng)時(shí)間的充電，帶來(lái)電池過(guò)熱發(fā)生膨脹，甚至危險。

針對這些因素考量，凹凸科技(O2Micro)推出的新型多串鋰離子電池充電芯片OZ8981已是一個(gè)完善的解決方案。OZ8981是一個(gè)專(zhuān)用的充電管理集成芯片，它帶精確電壓，電流輸出和多重保護，并提供六階段充電控制模式，系統設計方便且成本低。它主要針對用于輕型電動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)工具上多節鋰離子電池包。

高性?xún)r(jià)比和高可靠性的OZ8981包含單芯片集成充電控制器，可實(shí)現高效的誤差放大器輸出。它支持0V脈沖充電、預充電、恒流充電、恒壓充電、截止充電、自動(dòng)再充電六階段智能充電控制。支持對預充電的啟動(dòng)電壓、恒流充電值、恒壓充電值及截止充電電流值進(jìn)行靈活設置。

此外，OZ8981具有高精準充電電壓(<1%)和電流(<5%)輸出；通過(guò)外部電阻調整，電壓輸出精度可<0.5%。支持雙充電定時(shí)器保護：預充電定時(shí)，恒壓充電定時(shí)(最大5小時(shí)，或不使用)。支持雙溫度保護：芯片內部溫度保護(115℃)，外部過(guò)高溫保護(默認：44℃)和過(guò)低溫保護(默認：2℃)。外部溫度保護點(diǎn)可外部靈活設置。支持充電過(guò)壓保護、過(guò)流保護、短路保護。支持電池自動(dòng)接入檢測，支持充電狀態(tài)的直接LED顯示。該器件采用通用封裝SOP16。



圖4為OZ8981鋰離子電池充電曲線(xiàn)圖。通過(guò)與前端PWM芯片的結合，OZ8981將幫用戶(hù)快速的實(shí)現安全高效且低成本的鋰離子電池充電器設計。