[发明专利]一种锂离子蓄电池化成电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子蓄电池化成电路。

背景技术

锂离子蓄电池是在锂蓄电池的基础上发展起来的先进蓄电池，它基本解决了困扰锂蓄电池发展的两个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题。锂离子电池与锂电池在原理上的相同之处是：在两种电池中都采用了一种能使锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，采用一种有机溶剂-无机盐体系作为电解质。不同之处是：在锂离子电池中采用使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极。因此，这种电池的工作原理更加简单，在电池工作过程中，仅仅是锂离子从一个电极(脱嵌)后进入另一个电极(嵌入)的过程。具体来说，当电池充电时锂离子是从正极中脱嵌，在碳负极中嵌入，放电时反之。在充放电过程中没有晶形变化，故具有较好的安全性和较长的充放电寿命。

锂离子电池的额定电压为3.6V(少数的是3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充电时要求终止充电电压的精度在±1％之内。锂离子电池的终止放电电压为2.4～2.7V(电池厂家给出工作电压范围或终止放电电压的参数略有不同)。高于终止充电电压及低于终止放电时会对电池有损害。

电池还有多少电量，又称剩余电量，常取其与额定容量或实际容量的比值，称荷电程度。是人们在使用中最关心的、也是最不易获得的参数数据，人们试图通过测量内阻、电压电流的变化等精确推算荷电量，做了许多研究工作，但目前所用的公式和算法都不能得到统计数据的有效支持，指示的荷电程度总是非线性变化。

电池在充足电以后，开始放电直到放空电为止，能输出的最大电量。容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压也有关系，故容量定义为小时率容量，动力电池常用1小时率(1C)或2小时率(0.5C)容量。电池在化成之前材料的活性不能正常发挥，容量很小，化成过程开始后，电池进入其生命期，在整个生命期里，电池的活化和劣化过程是一个问题的两个方面，初期活化作用处于主导地位，电池容量逐渐上升，以后，活化和劣化作用都不明显或相当，后期，劣化作用显著，容量衰减，规定容量衰减到一定比例(60％)后，电池寿命终结。

根据锂离子电池本身的结构特征，其充放电有着与镍基材料化学电池完全不同的充放电特性。它的充电过程一般采用恒流转恒压的充电模式。

充电开始为恒流充电阶段，电池的电压较低，充电的电流基本不变，充电的速率一般为1C(C＝充电电流/电池容量)，对于500mAh的电池即为500mA的充电电流，随着充电的继续进行，电池的电压逐渐上升，当单体电池的电压升到4.1V(或4.2V)时，充电器立即转入恒压充电；恒压充电时，单体锂离子电池的充电电压必须严格保持在4.1V士50mV，若充电电压超过4.5V，可能造成锂离子电池的永久性破坏，此阶段为恒压充电阶段，充电电流下降较快，温度上升，最后当电流下降到某一范围，进人涓流充电阶段；涓流充电也称维护充电。在维护充电状态下，充电器以某一充电速率给电池继续补充电荷，最后使电他处于充足状态，用这种方法，第一个小时可充入电池额定容量的80％，两小时后电池即可充到额定容量。

电池充电终止的检测方法是判断充电电流，当充电电流降到某一定值时终止充电，例如充电电流降到40mA(典型值为起始充电电流的5％左右)时终止充电，也可以在检测到电池电压达到4.2V时启动定时器，在一定的延时后终止充电。

作为一种新型的动力技术，动力锂离子电池在使用中必须串联才能达到使用电压的需要，单体性能上的参差不齐并不全是缘于电池的应用技术问题，从涂膜开始到成品要经过多道工序，每道工序都经过严格的检测程序，使每只电池的电压、内阻、容量一致，由于锂电池的化成过程开始后，电池进入其生命期，动力锂离子电池配组前的化成不能推到最终用户那里完成，必须在出厂前化成、分容和测试完成。随着产量的上升，大批量的动力锂离子电池的生产化成、分容过程是一个耗费大量电力能源的必须过程，如何让这个过程快速、高效和减少电力能源的消耗是目前亟待解决的问题。而且必须尽快解决。

动力锂离子电池组的使用寿命受多种因素影响，如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以下，可以推断都是由于化成、分容技术不当造成的。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合大批量的动力锂离子电池的生产化成、分容的动力锂离子电池化成电路，以实现快速、高效和减少电力能源的消耗。