锂离子聚合物电池的操作使用
发布时间:2023-01-13 08:59 锂聚合物电池(英语:lithium polymer,缩写:Li-Po),又称聚合物锂电池、聚锂电池,是一种锂离子电池。锂聚电池通常是由数个相同的平行子电池芯(secondary cells)来增加放电电流,或由数个电池包(pack)串联来增加可用电压。
锂聚电池虽常常被简称为锂电池或锂离子电池,但从严格意义上讲并不完全相同。锂电池(Lithium battery)指锂原电池,内含纯态的锂金属,为一次性使用、不可充电
而锂离子电池为锂聚电池的前身,主要差异为电解质使用液态有机溶液而非胶状或固态的聚合物。
充电
锂聚电池的充电要很小心。基本的概念是,首先先以定电流充到每个电池芯都是 4.2 V。然后充电器必须切换成定电压模式,随着充电电流的减少,充电器必须使电池芯维持在 4.2 V,直到电流小到某个初始充电电流的比例时停止充电。有些制造商把规格定在初始电流的 2%-3%,虽然其他的数值也是可以的,不过对电池容量的差异很小。
平衡充电则代表充电器会监控每个电池芯,并使每个电池芯都充到相同的电压。
对锂电池不建议使用涓流充电法。大部分的制造商都把电池芯的最小电压定在4.23V 和3.0V ,任何一个电池芯超出这个范围都可能会影响整体电池的能力。
大部分好的锂聚充电器,也使用在时间到时(通常是90分钟)自动停止充电的充电计时器作为安全装置。
高达15C(也就是充电电流为15倍的电池容量,大概4分钟的充电)充电率的锂聚电池在2013年初的时候,由新种的奈米线锂聚电池达成。不过这仍然是特例,一般建议的1C充电率仍然是遥控模型玩家的标准。不管最电池能承受多少的充电电流,很重要的是,低一点的充电率能延长航模电池的使用寿命。
放电
同样的,高达70C的连续放电(电流为70倍的电池容量)及140C的瞬间放电也在2013年中实现 (见上方“遥控模型”段落)。这两种放电的 “C数” 标准都预期会随着奈米锂聚电池技术成熟而增加。使用者也同样会继续增进他们的使用,紧逼这些高性能锂聚电池的极限。 [2]
限制
所有的锂离子电池都具有很高的电量状态(SOC),可能导致层分离、寿命减低和效能降低的问题。在硬式电池中,硬壳能防止极层分离,但是软包装的锂聚电池包本身没有这样的压力。为了维持表现,电池本身需要外壳来保持原来的形状。
锂聚电池过热可能导致膨胀或起火。
在负载放电时,当任何电池芯(串联情况下)低于3.0伏特时都应该立即停止负载供电,不然将导致电池没办法回到完全充电的状态。或造成日后在负载供电时会大幅的压降(内阻升高)。这个问题可以透过与电池串连的芯片来防止电池过充与过放。
与锂离子电池比起来,锂聚电池的充放循环寿命比较不那么具竞争力。
为了防止爆炸与起火,充电时锂聚电池需使用专为锂聚设计的充电器。
若直接把电池短路或短时间内通过极大电流也可能导致爆炸。特别是在有大电量需求的遥控模型玩家都会谨慎注意连接点和绝缘。电池遭到穿孔时也可能起火。
充电时要采用专门的充电器来使每颗子电池芯平均的充电。这也导致成本的增加。
延长多芯电池使用寿命
在电池包有两种不匹配的方式:比较常见的电量状态(SOC,电池容量的百分比)的不匹配以及容量/能量(C/E)的不匹配。这两者皆会使电池包的容量 (mA·h)被最弱的电池芯限制住。在电池串联或并联的情况下,前级类比端(AFE)能消除电池间的不匹配,大幅增进电池效率和整体容量。电池不匹配的可能性随着电池芯的数量及负载电流的增加而上升。
当电池包中的池芯符合以下两个条件时,我们称为平衡的电池:
如果所有的电池芯都有同样的容量,当他们具有同样的相对电量状态(SOC)时,称谓平衡。开回路电压(OCV)在这种种况下是很好的 SOC 指标。如果把一个不平衡的电池包里面所有的电池芯,都分别充电到完全充电状态(此时即为平衡),则接下来的充放循环也随之回复正常而不需要额外的调整。
如果电池芯之间有不同的容量时,我们仍然把所有电池芯具有相同 SOC 的状态称为平衡。由于 SOC 是相对的量测值(该池芯的剩余放电百分比),每个电池芯剩余的容量则是不同的,电池芯在充放循环中为了使不同容量的电池芯之间保持相同的 SOC,平衡器要提供串联的不同电池芯间不同的电流。