锂电池的充电电路原理及应用

锂离子电池作为一种重要的电源技术，在现代电子设备中占有不可或缺的位置。其广泛应用的领域包括但不限于手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控玩具、照相机等便携式设备。锂离子电池之所以能够占领这些市场，源于它的多个显著优势：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多。与传统的镍镉、镍氢可充电池相比，锂电池具有更高的能量密度，更高的工作电压以及更长的使用寿命，虽然它的成本相对较高。 锂离子电池与传统镍镉、镍氢电池的主要区别在于其电化学特性。锂离子电池的负极是石墨晶体，正极通常使用二氧化锂。在充电时，锂离子从正极向负极移动并嵌入石墨层；而在放电时，锂离子从石墨层中脱离出来，向正极移动。这一过程中，锂始终保持在离子状态，而不是金属状态，这与镍镉电池的放电过程有本质的区别。 锂电池的工作电压为3.6V，相当于镍镉或镍氢充电电池的三倍串联电压，因此锂电池在设计小型化电源时具有优势。此外，由于锂电池不存在镍镉电池的“记忆效应”，它们在充电前不需要放电，这让锂电池的使用更加方便。锂电池的自放电率低，可以在长时间内保持稳定的电压，这为长时间放置或运输提供了便利。锂电池的循环寿命远超过500次，这意味着它们可以支持设备进行长时间的充电和放电循环。 在内部结构上，锂电池有圆柱型和长方型两种常见外形。内部结构采用螺旋绕制方法，正负极间采用聚乙烯薄膜隔离材料。正极由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极和铝薄膜组成的电流收集极组成。负极由片状碳材料和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液，安全阀和PTC元件的加入，保障了电池的安全性，防止在异常状态及短路时电池受损。 在充电和放电的过程中，锂电池有着较为严格的要求。充电时，为了避免对电池造成损坏，应使用专用的恒流、恒压充电器，最高充电终止电压应控制在4.2V。通常，先采用恒流充电到4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时停止充电。放电时，为了确保电池寿命，必须保留一部分锂离子在负极，因此放电终止电压有最低限制，通常设定在3.0V/节，不应低于2.5V/节。 为了保护电池，市场上销售的锂电池组通常含有充放电保护板。保护板可以控制外部的充放电电流，并具有过充、过放和过电流保护功能。过充保护是在电池电压达到4.2V时停止充电，过放保护是在电压低于2.55V时停止放电，而过电流保护则是在电流过大时切断电流，以保护电池和场效应管不受损害。 简易充电电路为电子爱好者提供了方便，它通常采用恒定电压对电池进行充电，以防止过充。通过精密可调稳压电路来实现稳定充电，简易充电电路适用于自制产品和锂电池组的维修代换，具有广泛的使用场景和市场受众。