锂离子电池基础知识培训讲解

1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点
4 良好的贮存性能 锂离子电池的贮存性能可通过充电态自放电的大 小来衡量。通常，自放电的容量损失分为不可恢 复容量和可恢复容量。不可恢复容量表示活性物 质的损失，例如活性物质的分解。锂离子电池中， 自放电是正极、负极相互作用的结果，为了表现 正极活性物质的对自放电的影响，采用金属锂作 为负极研究磷酸铁锂的贮存性能。
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点
2 耐过充性能优良 在LiFePO4结构中存在许多可以容纳锂离
子的空位。这些空位为容纳更多的锂离子奠定了 基础，使得材料具有优良的过充性能。由于过充 电时电池表面的温度升高很快，因此高温下正极 材料稳定性的好坏决定了电池过充性能的优良与 否。图1为18650型LiFePO4电池3C充电1h，截 至电压12V，最高温度仅为80℃，不会发生起火 爆炸。
测是将FET的接通电阻当成感应电阻处理，监视其电压的状况，若比定的 电压(过电流检测电压)还高，则立即停止放电. 过电流检测必须设置延迟时 间。若没有延迟时间，当突然有电流流入时，会检测出过电电流，而使得 放电停止。因此，近来的保护IC都分为在短路时和突然有电流流入时的两 种不同状况的检测 。
当放电电流过大或短路情况发生时，保护IC将激活过(短路)电流保护，此时 过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压 的下降情形，如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电，计算公式为: V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流检测电压，I 为放电电流)。假设V-=0.2V， Rds(on)=25mΩ,则保护电流的大小为I=4A。
1.2方型锂离子电池的结构
1.3聚合物锂离子电池组成
引线 PCB（PCM）
电芯
1.4. 锂离子电池的工作原理
1.4.锂离子电池的工作原理
1、锂离子电池实际上是一种锂离子的浓差电池，正负电极由两 不同的锂离子嵌入化合物组成； 2、锂离子电池的工作电压与构成电极的化合物和锂离子浓度相
1.5. 目前不同材料锂离子电池的比较
1.6. 磷酸铁锂电池与其它电池的比较
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
电池概述
磷 酸 铁 锂 电 池 是 以 磷 酸 铁 锂 (LiFePO4) 代 替钴酸锂作为正极材料的新型锂离子电池。磷 酸铁锂的原料来源广泛、价格低廉（约为钴酸 锂的1/5）、无毒性、环境兼容性好，不仅兼顾 了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2材料的优点，而 且具有热稳定好、安全性能优越（绝对不用担 心爆炸危险）、循环性能好和等突出优点， LiFePO4被认为是标志着“锂离子电池一个新 时代的到来”，特别是成为锂离子动力电池正 极材料的首选材料。
不产生过热
MOS管不能过热
解除负载后的回复情况
< 7μ A
常见PCB
保护板型号
2648B
311 3396 3398 4156B 4157 14500 4606B 2636B 2636C 2636D 2636E 2636F 2636G 2548E 2548C 3558C 2548C
过充保护
4.28±0.025
2.锂离子电池各部件简介
2.1 PCB 2.2 PTC 2.3 NTC 2.4 PTC与NTC的比较 2.5 线材、插头
2.1 PCB
PCB有哪几种？ 根据所适用的电池特性来分，有适合一节Li-ion使用的PCB板，当然也
就有适合两节、三节、四节的PCB板。值得注意的是，由于不同的制造 商生产的Li-ion特性各不相同，各公司按各自电池的特性设计出的单节 或多节Li-ion电池PCB板是不能互换使用的： 1）所选用的IC也不一样，主要指过充电检测电压。 2）采用不同的MOS管由于其内阻不一，所以根据工作电流应选用不同 的IC； 3）识别电阻、码片不一样 4）物理性能不同如长、宽、厚等 5）设计电路也不同如：采用升压、降压、大电流、温度保护或发光特性 等 因此不同的公司生产的Li-ion产品，PCB板是没有通用性的。 按照PCB板的材料划分，则有两种。一种是普通的玻璃纤板也称硬板， 另一种是柔性电路板。 硬板的板基材料是玻璃纤维，其绝缘性、高频电特性都很好，但较脆， 不能弯曲。在电池保护电路中常用的是0.4~0.8mm厚的玻纤板。 另一种是柔性板。它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好、 可弯曲成90°安装，其厚度一般为0.1mm左右，所以占的体积小，适合 小型电池块使用，但成本高，是玻纤板的3~5倍。
锂离子电池基础知识培训
目录
1.锂离子电池简介 2.锂离子电池各部件简介 3.常见包装方式简介 4.公司目前各类锂离子电池性能简介
(型号表\特性曲线)
5.电池制作流程时间表 6.电池常见的问题分析 7.相关的检测报告及认证简介
1.锂离子电池简介
1.1圆柱型锂离子电池的结构
保护IC内部设有基准电压，过充、过放、过流、短路的 检测电压都是与基准电压通过几个比较器比较来判断的。 根据基准电压的不同可将保护IC分档，以适应不同用户 的不同需要。有些保护IC内部设有延时电路，外部不需 要加延时电容；有些需要外加延时电容。
两串、三串/两并三串、四串/两并四串与单节保护电路 原理类似，主要区别：多了电路电压检测端，当任一节 电池电压超过上下限时，即关断对应的MOS管，
PCB工作原理
通常状态： 保护ic时刻采样电池电压和充放电回路中电流，当电池电压在过放电检出电压以 上且在过充电检出电压以下，回路中的电流小于过流检测电流时，充放电控制用 MOS管均打开，这时可自由充放电，这种状态叫通常状态。
过充电保护：防止电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性 在通常充电状态下，当电池电压达到或超过过充电检测电压，并持续时间超过过 充电检测延时时间时，保护ic CO端输出低电平，使过充电控制用MOS管关断， 将回路断开。过充电回复一般是电池电压低于过充电释放电压时，过充电控制用 MOS管重新打开。恢复至通常状态。另外, 还必须注意因噪声所产生的过度充电 检出误动作，以免判定为过充保护。因此，需要设定延迟时间，并且延迟时间不 能短于噪声的持续时间。
过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时发生误动作。通常 在过电流发生后,若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离)，将会恢复其 正常状态，可以再进行正常的充放电动作。
短路保护：
也属于过电流，只是电流值更大，保护同样是关断放电 控制用MOS管，当短路状态消除后，MOS管即恢复正 常打开状态。短路保护是为保护电池和MOS管用的。
4.28±0.025 4.28±0.025 4.28±0.02 4.25 V ±0.025 4.25±0.15V 4.35±0.025V 4.250±0.025 4.275±0.025V 4.25±0.025V 4.35±0.05V 4.25±0.05V 4.28±0.025 4.28±0.025 4.35±0.025V 4.35±0.05V 4.35±0.05
7） 过充电检测延时：tcu： 1s（0.5 1 2）
8） 过放电检测延时：tdl： 125ms（62.5 125 250）
9） 过流延时：TioV1： 8ms（4 8 16）

TioV2： 2ms（1 2 4）
10）短路延时：Tshort： 10us（10 50us）
11）正常功耗：10PE： 3uA（1 3 6 uA）
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点
4 良好的贮存性能 锂离子电池的贮存性能可通过充电态自放电的大 小来衡量。通常，自放电的容量损失分为不可恢 复容量和可恢复容量。不可恢复容量表示活性物 质的损失，例如活性物质的分解。锂离子电池中， 自放电是正极、负极相互作用的结果，为了表现 正极活性物质的对自放电的影响，采用金属锂作 为负极研究磷酸铁锂的贮存性能。
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
推广应用领域
磷酸铁锂的应用领域主要有： （1） 储能设备 太阳能、风力发电系统之储能设备 ； 不断电系统UPS ； 配合太阳能电池使用作为储能设备（比亚迪已经在生产此类电池）； （2） 电动工具类 高功率电动工具（无线） ； 电钻、除草机等； （3） 轻型电动车辆 电动机车, 电动自行车, 休闲车, 高尔夫球车, 电动推高机, 清洁车 ； 混合动力汽车（HEV），近期2－3年的目标； （4） 小型设备 医疗设备：电动轮椅车，电动代步车 ）； 玩具（ 遥控电动飞机,车,船 ）； （5） 其它小型电器 矿灯； 植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性，锂电池仅铁锂可满足要求) ； 替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用
4） 过放电恢复电压：VDU：2.4±0.1mv（2.3 2.4 2.5）
5） 过电流检测电压：VIOV1：0.1±30mv（0.07V 0.1 0.13V）

VIOV2：0.5±0.1mv（0.4 0.5 0.6）
6） 短路检测电压：Vshort：-1.3V（-1.7 -1.3 -0.6）
过放电保护：防止电解液因分解而导致电池特性劣化，确保电池的使用寿命 在通常放电状态下，当电池电压达到或低于过放电检测电压并持续时间超过过充 电检测延时时间时，保护ic DO端输出低电平，使过放电控制用MOS管关断，将 回路断开，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流一般仅0.1uA， 过放电回复一般是电压回升至过放电释放电压以上时，过放电控制用MOS管重 新打开。恢复至通常状态。有些公司保护IC，是电压回复到过放电释放电压以上， 且必须用充电器接一下电池块才能重新打开MOS管，这样做的好处是关死后， 电流消耗非常小。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间 以避免发生误动作。
过电流保护：防止FET的破坏，短路保护及确保工作安全性
在通常放电状态下，放电流达到或超过过电流检测电流值且这个状态持续 在过电流检出延迟时间以上时，保护IC DO端即输出低电平，将放电控制 用MOS管关断停止放电。VM端电位上升至VDD电位。当P+、P-间的阻抗 达到自动恢复负载阻抗（10MR左右）以上时，过电流状态恢复。过电流检
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点 3 放电性能优越
如图2所示，磷酸铁锂电池的放电曲线非常 平F对e坦 金PO。 属4/L锂LiFi的FeeP电POO压44在为双放3相.电4共V过存，程状这中态是处，一于F个e非3+/常Fe有2+利相 用价值的电压窗口，因为它不至于高到分解 电解质，又不至于低到牺牲能量密度。而这 两相之间的体积变化之差很小。这就说明了 该材料具有较好的循环寿命和较高的充放电 效率。此外，放电平台平稳，有利于电子器 体稳定工作。
12）静电功耗：1PDN： 0.1uA
基本测试部分
序号
测试项目
01 过充电保护
02 过充电保护回复
03 过放电保护
04 过放电保护回复 05 过电流保护 06 短路保护 07 短路保护解除 08 工作消耗电流
评判标准
4.30±0.05V 不应发生电路振荡. 不产生过热.
观察回复情况
2.40±0.1V 不应发生电路振荡. 不产生过热. 观察回复情况
IC 有哪些主要技术指标？
有12种：
1） 过充电检测电压：VCU：4.275±25 mv（4.25 4.275 4.30）
2） 过充电恢复电压：VCL：4.175±30mv（4.145 4.175 4.205）
3） 过放电检测电压：VDL：2.3±80mv（2.22 2.3 2.38）
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
Voltage / V Temperature / deg. C
磷Hale Waihona Puke 铁锂电池的特点2090
3C, 12V, 1Hrs 80 16
70
12
Voltage
60
50
8
40
Temperature
30
4
20
0
10
0
10
20
30
40
50
60
Time / min
图1 磷酸铁锂电池3C5过充曲线
1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点
1 安全性能卓越 由其本身的晶体结构和物理性质决定的。
LiFePO4在0～350℃之间热量变化很小，因此磷 酸铁锂电池的安全性很好，不会出现爆炸的现象。 我们公司的测试数据表明：18650型磷酸铁锂电 池3C过充、过放性能良好，且振动、短路、针刺、 碰撞、挤压、跌落等安全性测试，及其他相关测 试项目，均达到UL认证的要求。