鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：961次 | 2019年04月27日
關(guān)于鋰電池及手機(jī)電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)膨脹的原因及分析
一手機(jī)鋰電池的構(gòu)成
手機(jī)鋰電池主要由塑膠殼上下蓋、鋰電芯、保護(hù)線路板（PCB）和可恢復(fù)保險(xiǎn)絲（polyswitch）組成。有的廠家還配置了NTC、識(shí)別電阻、震動(dòng)馬達(dá)或充電電路等元件。各部分功能如下：
（1）鋰電芯：提供可充放電源。
（2）保護(hù)線路板（PCB）：防止電池過(guò)充過(guò)放短路。
（3）可恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PTC）：正熱敏電阻起到高溫保護(hù)作用同時(shí)又是保護(hù)線路板失效后的二重保護(hù)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（4）可恢復(fù)保險(xiǎn)絲（NTC）：負(fù)熱敏電阻，感應(yīng)電池內(nèi)部溫度起到低溫保護(hù)作用。
（5）識(shí)別電阻：識(shí)別原裝電池非原裝電池不能使用其中電芯是非常重要的，而機(jī)芯也有幾個(gè)級(jí)別，有A級(jí)電芯，B級(jí)電芯。
二。手機(jī)鋰電池的充放電正確方法
手機(jī)鋰電池充電正確方法現(xiàn)在手機(jī)用的是鋰離子電池，所以，不存在記憶效應(yīng)問(wèn)題，也不需要激活，第一次充電不需要像鎳電那樣沖12小時(shí)以上，只需要充4小時(shí)左右，離子電池的壽命只與充電次數(shù)有關(guān)系，鋰離子電池可以充電1000次左右。待機(jī)時(shí)間與使用情況有關(guān)系。但是，賣手機(jī)的卻說(shuō)前面三次充電時(shí)間要達(dá)到12小時(shí)。到底怎么回事？
關(guān)于如何充電的方法：
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
1、如何為新電池充電在使用鋰電池中應(yīng)注意的是，電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)容量低于正常值，使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經(jīng)過(guò)3-5次正常的充放電循環(huán)就可激活電池，恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)。
對(duì)于鋰電池的“激活”問(wèn)題，眾多的說(shuō)法是：充電時(shí)間一定要超過(guò)12小時(shí)，反復(fù)做三次，以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說(shuō)法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。所以這種說(shuō)法，可以說(shuō)一開(kāi)始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別，而且可以非常明確的告訴大家，我所查閱過(guò)的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過(guò)充和過(guò)放電會(huì)對(duì)鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電，特別是不要進(jìn)行超過(guò)12個(gè)小時(shí)的超長(zhǎng)充電。通常，手機(jī)說(shuō)明書(shū)上介紹的充電方法，就是適合該手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。
此外，鋰電池的手機(jī)或充電器在電池充滿后都會(huì)自動(dòng)停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說(shuō)，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充。而我們誰(shuí)都無(wú)法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬(wàn)無(wú)一失，所以你的電池將長(zhǎng)期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對(duì)長(zhǎng)充電的另一個(gè)理由。
此外在對(duì)某些手機(jī)上，充電超過(guò)一定的時(shí)間后，如果不去取下充電器，這時(shí)系統(tǒng)不僅不停止充電，還將開(kāi)始放電-充電循環(huán)。也許這種做法的廠商自有其目的，但顯然對(duì)電池和手機(jī)/充電器的壽命而言是不利的。同時(shí)，長(zhǎng)充電需要很長(zhǎng)的時(shí)間，往往需要在夜間進(jìn)行，而以我國(guó)電網(wǎng)的情況看，許多地方夜間的電壓都比較高，而且波動(dòng)較大。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，鋰電池是很嬌貴的，它比鎳電在充放電方面耐波動(dòng)的能力差得多，于是這又帶來(lái)附加的危險(xiǎn)。
此外，不可忽視的另外一個(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過(guò)放電，過(guò)放電對(duì)鋰電池同樣也很不利。這就引出下面的問(wèn)題。
2、正常使用中應(yīng)該何時(shí)開(kāi)始充電，經(jīng)常可以見(jiàn)到這種說(shuō)法，因?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的，所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個(gè)關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表，關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下：循環(huán)壽命（10％DOD）：>1000次循環(huán)壽命（100％DOD）：>200次
3、對(duì)鋰電池手機(jī)的正確做法歸結(jié)起來(lái)，我對(duì)鋰電池手機(jī)在使用中的充放電問(wèn)題最重要的提示是：a按照標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間和程序充電，即使是前三次也要如此進(jìn)行；b當(dāng)出現(xiàn)手機(jī)電量過(guò)低提示時(shí)，應(yīng)該盡量及時(shí)開(kāi)始充電；c鋰電池的激活并不需要特別的方法，在手機(jī)正常使用中鋰電池會(huì)自然激活。如果你執(zhí)意要用流傳的“前三次12小時(shí)長(zhǎng)充電激活”方法，實(shí)際上也不會(huì)有效果。
因此，所有追求12小時(shí)超長(zhǎng)充電和把鋰電池手機(jī)用到自動(dòng)關(guān)機(jī)的做法，都是錯(cuò)誤的。如果你以前是按照錯(cuò)誤的說(shuō)法做的，請(qǐng)你及時(shí)改正，也許為時(shí)還不晚。
當(dāng)然，在手機(jī)及充電器自身保護(hù)和控制電路質(zhì)量良好的情況下，對(duì)鋰電池的保護(hù)還是有相當(dāng)保證的。所以對(duì)充電規(guī)則的理解才是重點(diǎn)，在某些情況下也是可以做出某種讓步的。比如你發(fā)現(xiàn)手機(jī)在你夜晚睡覺(jué)前必須充電的話，你也可以在睡前開(kāi)始充電。問(wèn)題的關(guān)鍵在于，你應(yīng)該知道正確的做法是什么，并且不要刻意按照錯(cuò)誤的說(shuō)法去做。手機(jī)鋰電池的充放電是有講究的，同時(shí)一些品牌電池能做到手機(jī)電池充放電次數(shù)較多。
4、使用鋰電池注意防火有許多人或許是從手機(jī)才開(kāi)始熟悉鋰電池的。其實(shí)，它在許多家電中都有使用。毋庸置疑，鋰電池高效、體輕等等優(yōu)點(diǎn)正使其迅速地推廣應(yīng)用開(kāi)來(lái)?？墒牵闶欠裰?，使用不慎，它也會(huì)使你惹“火”上身？
鋰電池具有體輕、高效、耐低溫（－40℃）等優(yōu)點(diǎn)，0.3mm厚、郵票大小的鋰電池可連續(xù)使用5年以上，近年來(lái)正逐步淘汰現(xiàn)用的堿性干電池和錳電池，廣泛應(yīng)用于許多高檔家電和手機(jī)中。
鋰電池不同于現(xiàn)用的錳電池和堿性干電池的氯化鋅和氫氧化鉀水溶電解液，它使用的是有機(jī)溶媒。鋰電池正極采用二氧化錳、氟化鉛、氯化亞硫等材料。負(fù)極采用的鋰金屬箔同一般電池負(fù)極使用的氯化鋅相比，離子化傾向強(qiáng)、正負(fù)極電壓差大，這樣提高了鋰電池的工作效能。
但是，鋰電池在使用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、燃燒現(xiàn)象，輕者影響主機(jī)使用，重者還會(huì)燒毀主機(jī)引起火災(zāi)。據(jù)報(bào)道，日本近年來(lái)已發(fā)生多起因鋰電池發(fā)熱燃燒引起的家庭火災(zāi)事故。
那么鋰電池為什么會(huì)發(fā)熱、燃燒呢？原來(lái)鋰電池中的許多材料與水接觸后，可發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)并釋放出大量熱能導(dǎo)致發(fā)熱、燃燒現(xiàn)象。鋰電池正極的二氧化錳，只沾一小滴水便可出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。鋰電池中的氯化亞硫與水接觸后，在生成鹽酸和二氧化硫的同時(shí)釋放熱能，幾種因素使鋰電池成為生活中的“火種”，因此人們?cè)谑褂娩囯姵貢r(shí)一定要注意防水、防潮濕。各種主機(jī)停用后，應(yīng)取下鋰電池置于干燥、低溫處妥善保管，以預(yù)防和避免因鋰電池使用不當(dāng)而引起家庭火災(zāi)事故的發(fā)生。
關(guān)于鋰電池及手機(jī)電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)膨脹的原因及分析
電池用久了正常情況下是不會(huì)膨脹，電池膨脹的原因是充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的。它不會(huì)影響使用，只是待機(jī)時(shí)間會(huì)越來(lái)越短。電池發(fā)熱膨脹的原因：
a手機(jī)在待機(jī)時(shí)的功耗是很小的，也就是說(shuō)它的電池的等效負(fù)荷電阻大，所以放電電流很小所以電池不會(huì)發(fā)熱，電池電能的內(nèi)耗很小。
b手機(jī)在待通話或游戲時(shí)的功耗是很大的，也就是說(shuō)它的電池的等效負(fù)荷電阻小，工作時(shí)是大電流放電。電池在放掉一部分電以后，內(nèi)阻增大，但是，手機(jī)的工作需要的電流不能減小，那么，相當(dāng)大的一部分能量就消耗在電池的內(nèi)阻上，導(dǎo)致電池發(fā)熱，放電加速，電池的使用時(shí)間也就很快的縮短。
以上就是手機(jī)電池在長(zhǎng)時(shí)間使用是會(huì)發(fā)熱的原因。
5手機(jī)電池發(fā)熱的危害及解決辦法a手機(jī)電池長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致手機(jī)內(nèi)部機(jī)件發(fā)熱，從而使手機(jī)重新啟動(dòng)或掛斷通話中的電話。
b手機(jī)電池長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱會(huì)使電池本身的熱量增加，如果是密封的（NOKIA之類的是不密封的，是直接將電池裝入的）電池會(huì)使其內(nèi)部空氣劇烈膨脹，導(dǎo)致電池象外突起，嚴(yán)重的會(huì)使電池爆炸。
c手機(jī)電池長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱會(huì)加速手機(jī)本身的老化進(jìn)程，縮短其壽命。
以上就是手機(jī)電池長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱對(duì)手機(jī)的危害。
解決辦法：1.如果手機(jī)電池已經(jīng)被充的鼓起來(lái)的話，也有辦法解決。就是用手指先找到電池的空隙（手機(jī)電池背面靠近手機(jī)充電電極一方，按下去有點(diǎn)軟的地方），用針對(duì)將戳一個(gè)小洞，讓里面的空氣跑出來(lái)就行了。
2.另外買一塊電池。
電池系統(tǒng)架構(gòu)
多年以來(lái)，鎳鎘電池和隨后出現(xiàn)的鎳氫電池技術(shù)一直占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。鋰電池只是最近幾年才進(jìn)入市場(chǎng)。然而，憑借其突出的優(yōu)越性能，其市場(chǎng)份額迅速攀升。鋰電池具有驚人的蓄能容量，但單個(gè)電池的電壓和電流都太低，不足以滿足混合動(dòng)力電機(jī)的需要。為增加電流需將多個(gè)電池并聯(lián)起來(lái)，為獲得更高的電壓，則要把多個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)。
電池生產(chǎn)商通常以類似“3P50S”字樣的縮寫(xiě)詞來(lái)描述電池的排列方式，“3P50S”代表3個(gè)電池并聯(lián)和50個(gè)電池串聯(lián)。對(duì)于有多個(gè)電池串聯(lián)而言，模塊化結(jié)構(gòu)是電池管理的理想選擇。例如，將多達(dá)12個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)，組成3P12S陣列中的一個(gè)電池塊（block）。這些電池的電荷由一個(gè)帶有微處理器的電子電路進(jìn)行管理和平衡。電池塊的輸出電壓由串聯(lián)電池的數(shù)量和電池電壓決定。單個(gè)鋰電池的電壓一般介于3.3～3.6V之間，因此相應(yīng)電池塊的輸出電壓介于30～45V之間。
混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)需要450V左右的直流電源電壓。為了補(bǔ)償因荷電狀態(tài)不同而引起的電池電壓差異，在電池組和電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置之間連接一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器還可限流。為使DC/DC轉(zhuǎn)換器達(dá)到最佳工作狀態(tài)，電池組的電壓應(yīng)保持在150～300V之間。為此，需要將5～8個(gè)電池塊串聯(lián)在一起。
平衡的必要性
一旦電壓超出允許范圍，鋰電池很容易被損壞。如果超出電壓的上限和下限（例如，nanophosphate鋰電池的電壓上限和下限分別為3.6V和2V），電池就可能會(huì)受到不可逆的損壞，至少也會(huì)增加電池的自放電率。在相當(dāng)寬的荷電狀態(tài)范圍內(nèi)，輸出電壓可以保持穩(wěn)定，因此正常情況下超出安全范圍的可能性比較小。但是，在接近安全范圍上限和下限的區(qū)域，變化曲線非常陡峭。作為預(yù)防措施，仔細(xì)監(jiān)測(cè)電壓水平非常必要。
當(dāng)電池電壓接近臨界值時(shí)，必須立即停止放電或充電。平衡電路的功能就是調(diào)節(jié)相應(yīng)電池的電壓，使其保持在安全區(qū)域。為了達(dá)到這個(gè)目的，當(dāng)電池組中任一電池的電壓與其他電池不同時(shí)，就必須將能量在電池之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
電荷平衡
1傳統(tǒng)的被動(dòng)平衡方式
在常規(guī)電池管理系統(tǒng)中，每個(gè)電池均通過(guò)開(kāi)關(guān)與一個(gè)負(fù)載電阻相連。被動(dòng)式平衡電路可以對(duì)指定電池單獨(dú)放電，但這種方式只能在充電模式下抑制電壓最高的電池的電壓上升。為了限制功耗，一般采用100mA內(nèi)的小電流，這可能導(dǎo)致需要數(shù)小時(shí)才能完成電荷平衡。
2主動(dòng)平衡
現(xiàn)有文獻(xiàn)資料中介紹了幾種主動(dòng)電荷平衡方法，這些方法利用蓄能元件轉(zhuǎn)移能量。如果采用電容器作為蓄能元件，則需要許多開(kāi)關(guān)元件將蓄能電容與所有電池連接。相對(duì)而言，采用磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)能量的效率更高，這種電路的核心器件是變壓器。英飛凌項(xiàng)目組通過(guò)與VOGT電子器件有限公司（VOGTelectronicComponentsGmbH）合作開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的原型，它可以用于：在電池之間轉(zhuǎn)移能量；將多個(gè)電池電壓復(fù)用，作為基于地電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入其構(gòu)造原理是使用反激轉(zhuǎn)換器（flybackconverter）。這種變壓器以磁場(chǎng)存儲(chǔ)能量，在磁芯中有一個(gè)空隙，以提高磁阻，避免磁芯材料磁飽和。變壓器有兩個(gè)不同的繞組：主繞組與電池組相連；次繞組與電池相連。
可行的變壓器模型可支持12個(gè)電池。其限制因素是可能連接數(shù)量。本文所述的變壓器原型有28個(gè)引腳。開(kāi)關(guān)采用OptiMOS3系列中的MOSFET，它們具有極低的導(dǎo)通電阻，所產(chǎn)生的傳導(dǎo)損耗可以忽略不計(jì)。
每個(gè)電池塊由英飛凌的8位微控制器XC886CLM控制，該控制器具有閃存和32KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；兩個(gè)硬件CAN接口支持采用普通汽車控制器局域網(wǎng)（CAN）總線協(xié)議進(jìn)行通信，降低了處理器的負(fù)荷；硬件乘除算法單元（MDU）提高了運(yùn)算速度。
平衡方式
由于變壓器可以雙向使用，我們可以根據(jù)情況采用兩種不同的平衡方式。控制電路首先逐個(gè)檢測(cè)所有電池的電壓，計(jì)算出平均值，然后找出電壓與平均值偏差最大的電池。如果該電池的電壓低于平均值，則采用下限平衡（bottom-balancing）方法；如果高于平均電壓，則使用上限平衡（top-balancing）方法。
1下限平衡：每個(gè)周期由2個(gè)主動(dòng)脈沖和1個(gè)間隔組成。本例中的周期為40ms，對(duì)應(yīng)的頻率為25kHz。變壓器的設(shè)計(jì)工作頻率應(yīng)高于20kHz，以避免由于變壓器磁芯的磁彈性產(chǎn)生的噪聲。在某個(gè)電池的荷電狀態(tài)達(dá)到下限時(shí)，下限平衡方法可以延長(zhǎng)電池組的工作時(shí)間。只要流出電池組的電流低于平均平衡電流，車輛就可以繼續(xù)行駛，直至耗盡最后一個(gè)電池的電量。
2上限平衡：如果某個(gè)電池的電壓高于其他電池，就需要將多余能量從該電池移走，這在充電模式下尤其必要。如果沒(méi)有平衡功能，那么在第一個(gè)電池充滿后必須立即停止充電。平衡功能使得所有電池的電壓維持在同一水平，從而避免上述情況的發(fā)生。上限平衡工作模式下的電流和時(shí)序與下限平衡類似，只是工作次序和電流的流向與之相反。
平衡功率
采用英飛凌E-Cart中的原型配置，平均平衡點(diǎn)六位5A，比被動(dòng)方式高50倍，而5A平衡電流在整個(gè)電池塊中產(chǎn)生的功耗僅為2W。因此，這種平衡方式不需要采取專門的冷卻措施，同時(shí)改善了系統(tǒng)的能量平衡。
電壓檢測(cè)
為了對(duì)每個(gè)電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行管理，每個(gè)電池的電壓都要加以測(cè)量。由于只有1號(hào)電池處于微控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，因此不能直接測(cè)量電池塊中其他電池的電壓。一種可能的方案是采用差分放大器陣列，但這需要保持整個(gè)電池塊的電壓水平。
下面提出一種只需添加少量硬件就可以檢測(cè)所有電池電壓的方法。變壓器的主要作用是電荷平衡，但同時(shí)我們也可將它作為多路復(fù)用器使用。在電壓檢測(cè)模式下，變壓器的反激模式?jīng)]有被使用。當(dāng)S1至SN開(kāi)關(guān)中的某一個(gè)閉合時(shí)，所接通的電池的電壓被傳輸至變壓器的所有繞組。經(jīng)過(guò)一個(gè)分立濾波器簡(jiǎn)單的預(yù)處理，檢測(cè)信號(hào)被輸入至微控制器ADC輸入管腳。
S1至SN中的任一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)所產(chǎn)生的檢測(cè)脈沖的持續(xù)時(shí)間非常短暫，實(shí)際的導(dǎo)通時(shí)間可能只有4μs，因此變壓器中存儲(chǔ)的能量并不多。當(dāng)該開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，磁場(chǎng)中存儲(chǔ)的能量將通過(guò)主晶體管饋回整個(gè)電池塊，因此電池塊的能量不受影響。對(duì)全部電池掃描一遍后，一個(gè)掃描周期結(jié)束，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。
結(jié)語(yǔ)
只有采用適當(dāng)?shù)碾姵毓芾硐到y(tǒng)，才能充分利用新型鋰電池的優(yōu)勢(shì)。主動(dòng)電荷平衡系統(tǒng)的性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的被動(dòng)方式。對(duì)簡(jiǎn)單變壓器的創(chuàng)造性使用，有效降低了材料成本。
