中心議題：
解決方案：
- 新型多串鋰離子" title="鋰離子">鋰離子電池充電芯OZ8981解決方案
鋰離子電池以高能量密度,、體積小、重量輕等優(yōu)勢,，在手機(jī),、筆記本電腦市場，它已經(jīng)完全取代其他電池,，擁有100%的占有率,；目前，鋰離子電池正迅速延伸入 電動工具,、電動自行車,、及其他的應(yīng)用中,，它廣闊的市場前景也越來越得到業(yè)界的認(rèn)同,。然而與鎳氫、鎳鎘,、鉛酸電池相比,，要更快地推動鋰離子電池的應(yīng)用和發(fā) 展，我們就必須不斷提高它的安全性和使用壽命。本文將從充電器角度,，討論一種新型的充電解決方案以提高鋰離子電池的安全性,，延長電池使用壽命，同時(shí)降低充 電器的成本,。
在使用電池的過程中,，我們常會聽到電池業(yè)者這樣的一句話：“電池使用中壞的少，更多的是被充壞的”,。這句話我們可以理解為,，不正確的充電條件或方法將更容 易損害電池、降低電池的壽命,。以18650鈷酸鋰離子電池為例,，（1）充電過溫，在70℃左右：電解質(zhì)界面(SEI)模開始分解并發(fā)熱,；120℃左右：電 解質(zhì),、正極開始熱分解，造成析氣并使溫度迅速上升,；在到260℃左右：電池爆炸,。（2）充電過壓，以過壓5.5V來看,，鋰金屬析出,，溶劑被氧化，溫度上 升,，產(chǎn)生惡性循環(huán),，電池著火、爆炸,?？梢姁毫拥某潆姺椒〞﹄姵靥匦援a(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
因此,，關(guān)于如何充電,，我們共同來探討下面的幾個(gè)重要的問題：
（1）為什么需要預(yù)充功能？
電池工作電壓從2.5V(碳負(fù)極電池:3V)(電量:0%)到4.2V(電量:100%),。當(dāng)電壓小于2.5V時(shí),，放電終止。同時(shí)內(nèi)部保護(hù)電路的電流損耗 也降為最低(放電回路關(guān)閉),。當(dāng)然,實(shí)際應(yīng)用中,，由于不同的內(nèi)部材質(zhì)以及更好的保護(hù)電池，放電終止電壓可在2.5V~3.0V范圍,。當(dāng)電壓超過4.2V 時(shí),，充電回路終止,，以保護(hù)電池安全；而當(dāng)單體電池工作電壓降到3.0V以下,，我們即可認(rèn)為過放電狀態(tài),，放電回路終止，以保護(hù)電池安全,。電池不用時(shí),，應(yīng)將電 池充電到保有20%的電量，再進(jìn)行防潮保存,；
由于鋰離子電池具有較高的能量比,，因此在電池使用中要嚴(yán)格避免過充過放的現(xiàn)象。過放會導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難,，此時(shí)如果直接進(jìn)入快速沖電模式(大電流),， 會對電池產(chǎn)生損害，影響使用壽命,，并可能因此帶來隱形危險(xiǎn),。先以小電流(C/10)充到2.5V或3.0V，再轉(zhuǎn)換成快充是必要的,；
雖然目前鋰離子電池在應(yīng)用中都帶有保護(hù)板,，在正常的情況下，發(fā)生過放的幾率會很小,，但不加預(yù)充功能,，在以下的情況還是可能帶來過放的隱患：
保護(hù)板失效；
長時(shí)間放置(5%~10%/月)的自放電率,；
因此小電流預(yù)充功能可有效解決過放電池的充電問題,。
（2）充電電流是否越大越好？
以單體鋰離子電池為例,，它的充電方式都包括恒流,、恒壓充電過程，恒壓通常為4.2V(以LiCoO2電池為例),，恒流設(shè)置值為0.1C ~ 1C,。雖然大電流的充電會縮短充電時(shí)間，但也會造成電池生命周期的縮短和容量的降低,，因此我們需選擇恰當(dāng)?shù)暮懔髦颠M(jìn)行充電,。
下面是一個(gè)4.2V/900mAH LiCoO2電芯的不同電流充電與電池容量的關(guān)系曲線(參圖一)，我們可以看出大約500個(gè)充放周期后,，小電流充電的電池容量明顯大于大電流充電的電池容量,。
圖一.充電電流對電池容量的影響(Source: Journal of Power Sources)
（3）恒壓充電時(shí)的電壓精度要求？
作為高能量密度的電池,，過充對鋰離子電池有著很大的危害,，有可能會膨脹和漏液，往往也會發(fā)生爆炸,，而且過充電容易造成電池里面的電解物質(zhì)加快的反應(yīng)而造成電池的使用壽命減短,，因此準(zhǔn)確的恒壓充電值對鋰離子電池有著重要的意義。
為了更充分的充飽電,，要保證恒壓值和終止電壓值的精度在1%之內(nèi),。以鈷酸鋰離子電池為例，最好盡可能接近4.2V,，但又不超過4.2V,，這種高精度的電壓充電法，可以減少鈷的溶解,，穩(wěn)定LiCoO2的層狀結(jié)構(gòu),，使它的包覆不發(fā)生相變，提高循環(huán)性能,，并保持高容量,，參圖二。
圖二.LiCoO2 化學(xué)特性 (Source: RWTH Aachen University)
圖三.充電電壓對電池容量的影響 (Source: Journal of Power Sources)
由圖三可看出,，即使輕微的過壓也會帶來兩個(gè)現(xiàn)象的改變：（a）電池初始容量增加,；（b）電池循環(huán)壽命降低。
在多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)的情況下, 為保證獲到最大的電池容量和壽命, 有時(shí)1%的精度也不能滿足應(yīng)用的要求, 因此有時(shí)甚至要求精度達(dá)到0.5%以內(nèi),。 所以說, 充電電壓的精度控制是鋰離子電池充電器的一個(gè)關(guān)鍵,。
目前對鋰電池充電電壓有這樣一個(gè)誤解，認(rèn)為有了電池保護(hù)板,，在電壓精度上不必關(guān)心,，這是不可取的。因?yàn)殡姵乇Ｗo(hù)板是用于對可能的意外事故進(jìn)行及時(shí)的保護(hù),， 它考慮的比較多的是安全因素,，而不是性能因素。比如以4.2V的電芯為例,，保護(hù)板的過壓保護(hù)參數(shù)是4.30V（有的可能會要4.4V),假如每次都過充,， 以4.30V作為充電截止點(diǎn),電池容量也會很快衰減的。
（4）為什么需要充電定時(shí)器,？
曾有一充電器廠家跟我講,，他們以前常碰到過來退貨的充電器用戶說充電器壞了，原因是電池充了一天,，電池都充不飽,，充電器不轉(zhuǎn)燈，一直是紅燈,?？蓮S家對充電 器實(shí)際測量時(shí),，又發(fā)現(xiàn)它是正常的，符合出廠要求,。這是什么問題呢,？這主要是因?yàn)檫@充電器沒考慮到電池的老化后自放電變大。如果截止充電的電流設(shè)置過小,，將 使得老化的電池一直達(dá)不到充電完成的設(shè)置點(diǎn),，從而使得用戶產(chǎn)生誤判，認(rèn)為充電器已壞,。
充電定時(shí)器的作用就是防止已損害的或過多循環(huán)的鋰電池,，在充電的截止段，由于自放電過大,，使電池難以進(jìn)入EOC的狀態(tài)(高于判斷電流),，一方面給用戶帶來電池充不飽的誤判，另一方面也可能由于過長時(shí)間的充電,，帶來電池過熱膨脹,，甚至危險(xiǎn)。
針對這些因素考量,，凹凸科技(O2Micro)推出的新型多串鋰離子電池充電芯OZ8981已是一各完善的解決方案,。OZ8981是一個(gè)專用的充電管理集 成芯片，它帶精確電壓,，電流輸出和多重保護(hù),，并提供六階段充電控制模式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便且成本低,。它主要針對用于輕型電動汽車,，電動自行車和電動工具上多節(jié) 鋰離子電池包。
OZ8981具體包括了如下功能:
·單芯片集成充電控制器
·高效的誤差放大器輸出
·支持0V脈沖充電,、預(yù)充電,、恒流充電、恒壓充電,、截止充電,、自動再充電六階段智能充電控制
·支持對預(yù)充電的啟動電壓、恒流充電值,、恒壓充電值及截止充電電流值進(jìn)行靈活設(shè)置
·高精準(zhǔn)充電電壓(<1%)和電流(<5%)輸出,；通過外部電阻調(diào)整，電壓輸出精度可<0.5%
·支持雙充電定時(shí)器保護(hù)--預(yù)充電定時(shí), 恒壓充電定時(shí)（最大: 5小時(shí), 或不使用)
·支持雙溫度保護(hù)--芯片內(nèi)部溫度保護(hù)(115℃), 外部過高溫保護(hù)(默認(rèn)：44℃)和過低溫保護(hù)(默認(rèn)：2℃),，外部溫度保護(hù)點(diǎn)可外部靈活設(shè)置
·支持充電過壓保護(hù), 過流保護(hù),，短路保護(hù)
·支持電池自動接入檢測
·支持充電狀態(tài)的直接LED顯示
·高性價(jià)比, 高可靠性
·通用封裝：SOP16
OZ8981鋰離子電池充電曲線圖：
通過與前端PWM芯片的結(jié)合，OZ8981將幫用戶快速的實(shí)現(xiàn)安全高效且低成本的鋰離子電池充電器設(shè)計(jì),。
