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锦屏明月

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俺是明月,家住在锦屏山下,我的家乡盛产太阳下面最优质的柿饼。还有花椒、苹果、核桃。小麦。就是歌中唱的那个“果甜麦香”。这下您该明白了吧!

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锂离子电池的基本知识  

2013-01-14 20:17:10|  分类: 实用技能 |  标签: |举报 |字号 订阅

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锂离子电池的基本知识
便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展,各种电池的用量大增,并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外,还有近年来开发的锂电池。这里主要介绍有关锂电池的基本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等。

  锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属,在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业外,可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。

  锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特点。

  锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位,W是瓦、h是小时;kg是千克(重量单位),L是升(体积单位)。这里举一个例来说明:5号镍镉电池的额定电压为1.2V,其容量为800mAh,则其能量为0.96Wh(12V×08Ah)。同样尺寸的5号锂-二氧化锰电池的额定电压为3V,其容量为1200mAh,则其能量为3.6Wh。这两种电池的体积是相同的,则锂-二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3.75倍!

  一节5号镍镉电池约重23g,而一节5号锂-二氧化锰电池约重18g。一节锂-二氧化锰电池为3V,而两节镍镉电池才2.4V。所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减小、重量减轻),并且电池的工作寿命长。

  另外锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。
  锂电池的缺点是价格昂贵,所以目前尚不能普遍应用,主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加,锂电池的价格将会不断地下降,应用上也会更普遍。 不可充电的锂电池

  不可充电的锂电池有多种,目前常用的有锂-二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍最常用的。

1锂-二氧化锰电池(LiMnO2)

  锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极,并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍);终止放电电压为2V;比能量大(见上面举的例子);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%);工作温度范围-20℃~+60℃。

  该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。

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CR2032锂锰扣式电池 2元一节 CR2032锂电池专用电池座 1元一个 容量:210MAH 直径:20MM 厚:3.2MM 重量:3克

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CR2016锂锰扣式电池 2元一节

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BG-23A12V小电池(门磁、遥控器专用)2元一节 容量:50MAH 直径:10MM 高:28.5MM 重量:7.34克

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BG-27A 12V小电池(100米遥控器专用)2元一节 容量:18MAH 直径:8MM 高:28.5MM 重量:4.5克

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9伏层叠电池(红外、2000米遥控专用)4元一节

可充电锂离子电池

    可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池,但它较为“娇气”,在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此,在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在1%之内,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电。

  现在手机已十分普遍,手机中一部分是镍氢电池,但灵巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池,它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。 锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻略大,其放电曲线也略有差别,如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。现在使用的大部分是4.2V的,锂离子电池的终止放电电压为2.5V~2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害。

  锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求,工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的,它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如:充4.2V的锂离子电池,其允差为±0.042V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C~1C(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA)。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止过热损坏电池或产生爆炸。
  锂离子电池充电分为两个阶段:先恒流充电,到接近终止电压时改为恒压充电,其充电特性如图2所示。这是一种800mAh容量的电池,其终止充电电压为4.2V。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近4.2V时,改成4.2V恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约80mA)时,认为接近充满,可以终止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器,过一定时间后结束充电)。 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命。

锂离子电池应用注意事项除与上述不可充电的锂电池相同外,在充电方面还应注意以下几点:

     1. 锂离子电池有4.1V及4.2V终止充电的不同品种,因此在充电时注意的是4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电,否则会有过充的危险(4.1V与4.2V的充电器用的充电器IC是不同的!)。     
     2. 对电池充电时,其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。
     3. 不能反向充电。
     4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(虽然额定电压一样,都是3.6V),但充电方式不同,容易造成过充。
   在放电方面应注意以下几点:
     1. 锂离子电池放电电流不能超过产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较大时,会产生较高的温度(损耗能量),减少放电时间,若电池中无保护元件会产生过热而损坏电池。
     2. 不同温度下放电曲线是不同的,如图5所示。从图中可以看出,在不同的温度下,其放电电压及放电时间也不同。在-20℃放电时情况最差。
   在贮存方面:
     1. 电池若长期贮存,要保持在50%放电态。
     2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
     3. 要远离热源,也不要置于阳光直射的地方。

形象的工作原理比喻:

    现在将锂离子电池原理和充放电机理,用生活中常见的泡沫现象来比喻。锂离子电池如同 一堆肥皂泡沫,泡内储存的就是电能。当充电时,汽泡会随着充电时间加长而不断增大,当超过其极限值时汽泡就会破裂,此时即损坏了锂电晶型,造成永久性损坏。

  当过度放电则会造成汽泡塌陷、消失,这样下次充电时汽泡也充不起来,而造成锂电失效。 如何控制汽泡不充爆和汽泡不过度塌陷?就必须要用保护电路加以严格控制。 当然,优质的电芯和精确的控制电路可大大地延长电池的使用寿命。   

    站长最喜欢用的就是鋰离子电池,锂电池自放电小,容量大,性能优越。站长曾经对一块全新的富士通笔记本用10.8V/2400MAH锂电池(就是下图的锂电池,电芯为松下共6节2并3串)做过放电测试,放电负载为6寸液晶监视器,工作电流780毫安,测试结果如下:

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时间T 端电压V
6:40 12.00
6:52 11.83
7:20 11.43
7:56 11.16
8:23 11.00
8:50 10.92
9:10 10.84
9:35 10.55
9: 46 9.85
9: 52 9.00

放电足足维持3个小时!可以看出这组电池的性能确实非常棒!容量非常实足!

12V/1100毫安时锂电池组 重量125克 体积67x57x19mm 32元

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    这是由3节18650的全新锂电池串连封装而成,但是没有任何保护电路,特别要注意当电池电压低于10V时必须及时充电,防止过放电会严重缩短电池寿命,并且严禁短路!锂电池短路会产生高温并可能会爆炸,客户在使用中需要预见到可能产生的危险性,完全外行者不推荐购买! 现在销售的电池组没有焊接插头,配一个标准的2.1空心电源插头,需要客户根据需要自行焊接,通常电源插头的极性为内正外负。一定要注意极性并严防短路!!

    锂电池可以为500毫安工作电流以下电器供电,配合专用的锂电池充电器可以反复充电使用。

专业12.6V 350mA锂电池充电器 重量92克 12元

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    12.6V专业锂电池充电器,采用开关电源,体积小、重量轻、工作效率高、工作温度低,元件选用105℃以上耐温,有过热保护,有软启动功能,启动电流小、有效降低冲击电流,有短路保护、过载保护。全部经100%满负荷老化试验,QC合格后出厂,原厂的输出接头是标准的空心电源插头(上左图),这里为了方便客户,我们还提供带尾的标准电源插座,可以和标准的空心电源插头配套(上右图中),客户可以根据需要自行更换,更换后必须通电测量确认电源极性不要搞错哦!

    充电电压 12.6V±2%,充电电流 350mA,涓流转换电流 100mA,纹波﹤250mVp-p,负载调整率 ±1%,直流输出功率 15W,效率 ﹥75%,输入电压范围 100~240VAC,输入电流 0.2A/230V,过载保护 105%~150%类型:FOLDBACK限流输出 复位:自动恢复。充电器充电时显示红灯,充电完成显示绿灯。

12V/4800mAH大容量聚合物锂电池配12.6V 350mA锂电池充电器 一套130元

12V/6500mAH大容量聚合物锂电池配12.6V 350mA锂电池充电器 一套154元

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    本电池组采用原厂优质锂离子电芯,具有内阻小,容量大,循环次数多,无记忆效应等优点;内部电路为多重保护设计,能防止过充,过放,过流;生产过程采用电脑品质检测与监控,确保了电池优异的性能。

产品参数:

容量:4800mAh/ 6500mAh
电压:输入电压 12.6V DC;输出12.6~10.8V DC
重量:190g
尺寸:4800mAh/15*54*87mm 6500mAh/105*55*18mm
极性:插头为内芯正极外环负极!!

应用领域: 无线摄像头、个人通讯系统、对讲机、数码相机、便携式摄像机、航空模型等可以用到12V直流电源的领域。

产品配置: 可充电锂电池(12V/4800mA)一块、 12.6V 350mA充电器一个

【电池充电方法】先将充电器接通电源红灯亮;将充电器输出插头插入电池的插座中,绿灯亮表示正在充电,直至充电器上绿色指示灯熄灭电池表示电池充电完成。本电池内部采用过载.过压.短路保护电路。当电池使用不当时,内部电路会自动切断电源,造成无电压输出,此时只要充电一次便能恢复电源输出。

单节锂电池4.2V电池电量显示板 15元一个

可调型6~18V电池电量显示板 15元一个

    我们开发的多用途电池电量显示板可以通过改变板上可调电阻的大小来显示不同电压的高低。非常适用于用电池的设备显示电量如:手持探照灯、便携收录机、便携音箱、航模、电瓶车、电动车、汽车等等,可随时看到电量情况,只要你想到就会用到。

    我们的产品体积只有32*22*7毫米非常微小便于DIY。检查电压为6~18V任意可调,适合2串或3串锂电等使用,一般出厂默认调整在8.4V。
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    我们的电池显示板非常省电,并且比数字显示更直观明了,你可以在板上装一个轻触开关,只要按下按钮,就能查看电量,如果四个LED全亮表示电量充足,三个亮表示电量正常,两个亮就表示电量偏低,只有一个亮说明电池即将耗尽。当松开按钮时我们的显示板是不消耗电能的。

DIY电量调整方法:

    举个例7.2V锂电说明一下,找个充好电的7.2V锂电,满电正常为8.4V,用表量看对否,接入电量计,然后用小起子慢慢调节那个校准可调电阻,调到4个LED“刚刚”全亮就可以了。

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自己做了一个用电池供电的小音箱,想看看电还有多少?还能听多久MP3?只要装上电量指示器就心中有数啦!

如何组建大容量12V直流UPS系统:

    很多客户的安防系统都要求12V直流不间断供电,如我们的彩信报警系统,如果停电的话所有功能都会失效,而且彩信系统的静态电流较大,所以必须选大容量电池供电,这里我们可以考虑用摩托车上的12V7AH的铅酸蓄电池,采用这种电池有两大优点:第一7AH的蓄电池容量很大至少可以维持系统一个星期正常使用,第二蓄电池适合浮充电工作。

   这是我们提供一款12V蓄电池全自动充电器,它采用高频开关电源发热少效率高。这款充电器具有全自动保护功能,在充电前自动检测电池电压和极性,如果蓄电池电压低于10V或者极性接错会自动停止工作使用方法很简单:红色鳄鱼夹线接电瓶正级,黑色的接电瓶负极。

12V蓄电池全自动充电器 每个 35元

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    这样当有市电时充电器负责我们系统的静态耗电和蓄电池的自放电,一旦停电时自动由蓄电池供电,市电恢复后由充电器对蓄电池充电恢复容量。
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