锂电池常用的差分电压DVA和容量增量ICA分析方法

锂电池常用的差分电压DVA和容量增量ICA分析方法

基于电压电流测试数据的锂离子电池老化分析方法为容量增量分析法（ICA）和差分电压分析法（DVA），通过对电池小倍率恒流充放电过程中的容量-电压曲线求导即可得到容量增量曲线（ｄQ／ｄV-V，IC曲线），对电压-容量曲线求导即可得到微分电压曲线（ｄV／ｄQ-Q，DV曲线），通过分析IC或DV曲线上各种峰谷特征随电池老化的演变规律，即可对电池的老化模式和健康状态进行全面的评价。

正负电极活性材料在锂离子嵌入和脱出过程中依次经历多个不同的相变阶段，每一个相变阶段对应着正负电极OCV曲线上的一个电压平台。全电池OCV曲线等于正负电极OCV曲线之差，因此全电池OCV曲线上的电压平台为正极和负极多个相变阶段综合作用的结果，全电池曲线上的每一个电压平台即对应着一种正极和负极相变阶段的特定组合。随着电池老化，其OCV曲线上的电压平台将出现相应变化。

电压平台的变化可以反映电池的老化模式，但该变化难以从电池OCV曲线上直接捕捉到。对电池的容量-OCV 曲线求导即可得到其IC曲线，表示单位电压变化对应的充放电容量。经过这种转换后，OCV曲线上的电压平台变为IC曲线上较为突出的峰，电压平台随电池老化的微弱变化也转变为了IC峰较为明显的衰减。IC曲线上各个峰下包络的面积即OCV曲线上各个电压平台对应的容量可以表示参与该相变阶段反应的锂离子数量。因此，IC峰面积随电池衰退的变化可以反映电池的各种老化模式，包括LAMpe、LAMne和LLI，此即ICA分析法。

虽然在IC曲线上可以清晰地看到各个峰随电池老化的变化，但是并不能直接获得各个峰所对应的面积。对电池的 OCV－容量曲线求导即可得到电池的DV曲线，表示单位容量对应的电压变化。IC曲线上的峰分别对应着DV曲线上的各个谷，由于DV曲线的横坐标为容量，可以更为方便地获取曲线上各个谷所对应容量。

综上所述，IC曲线和DV曲线清晰地建立了电池外部电压电流监测数据与内部反应机理之间的有效联系，通过分析IC曲线和DV曲线的峰谷特征随电池老化的演变规律可以定性辨识电池的老化模式。

文章来源：新能源时代

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常用的锂电池充电电路，你知道哪些？

常用的锂电池充电电路

一、对锂电池的了解

1、锂电池的充电：

根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。

充电电流（mA）=0.1～1.5倍

电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。

2、锂电池的放电

因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍。（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。

标准地，一般锂电池的充放电公式可以定义为：

充放电时间（分钟）=容量*1.1/电流（mA）*60

其中，1.1代表系数；

3、锂电池保护电路

充电保护电路，选择芯片DW01和GTT8205的组合，可以做到短路保护，过充过放电的保护。

该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01，充、放电控制MOSFET1（内含两只N沟道MOSFET）等部分组成，单体锂电池接在B+和B-之间，电池组从P+和P-输出电压。充电时，充电器输出电压接在P+和P-之间，电流从P+到单体电池的B+和B-，再经过充电控制MOSFET到P-。在充电过程中，当单体电池的电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到2.30V时，DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，DW01的CS脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断，从而实现过电流或短路保护。

二、单节锂电池充电电路 \

1、二极管充电电路

原理： 如下图一，DC5V流经肖特基二极管D1后，经过一个限流电阻R1接到电池。其中Q1、R2、R3、LED1为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后D1、R1上的压降将降低，从而使Q1截止，LED将熄灭。为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1小时左右。

2、4054充电电路

3. TP4056充电电路

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定啊电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目，使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。下面以简捷的电路说明一下TP4056在设计中需要注意的地方。

(1) 充电电流可以通过电阻R8进行编程。公式：IBAT = 1200 / R8 精度在10%；

(2) 充电状态，红灯亮，绿灯灭；充满状态，红灯灭，绿灯亮；

(3) TEMP正常连接（连接到电池的NTC），当出现欠压，电池温度过高、过低、无电池等故障状态时，红灯灭，绿灯灭；图三电路中，TEMP直接接地，因此不具有此状态；

(4) BAT接10UF的电容，无电池（TEMP端接地）时，红灯闪烁，绿灯亮；

(5) Layout的时候，由于TP4056为ESOP8封装，所以芯片底部要开窗，使芯片更好的接地，且Bottom层也要适当的加大开窗面积，加强TP4056的散热；

(6) 如果需要增加热调节电流功能，需要在DC5V串一个0.25欧1206封装的电阻；

加0.25欧电阻的作用：降低内部MOSFET两端的压降能够显著减少IC中的功耗。在热调节期间，这具有增加输送至电池的电流的作用。对策之一是通过一个外部元件（例如一个电阻器或二极管）将一部分功率耗散掉。

充电器在工作的时候会发热，在发热的情况下，比如规定最大充电电流为1A，实际上发热以后充电电流达不到1A，越热输出电流越小，为了解决这个问题，就是连接一个电阻，将一部分功率耗散掉。

让这个电阻承担一部分热量，减小芯片发热，来增加锂电池充电电流。

三、双节锂电池充电电路

1、DC5V给7.4V锂电池充电

注意事项 ：

1.对于蓝牙音响等存在电池边充边放的应用，2脚BAT上应有足够的电容，确保BAT上的纹波小于100mV，否则BAT上的纹波会干扰IP2322的检测，出现拔掉VIN输入，充电灯还亮的问题；

2.R9的作用：保护芯片的第8脚，防止充电器上的瞬时高压损坏芯片；

3.R15的作用：防止出现拔掉充电线，充电灯还亮的问题；

4.肖特基二极管D2的正向电流要大于1A，不能使用IN5819（S4）,建议使用经常用到的SS14、SS24、SS34等；

5.Layout时，电感应尽量靠近芯片摆放，且电感下面不能走线，电感同层下面的铜要挖空。

2. DC9V经过二极管给7.4V锂电池充电电路

原理： 如下图五，DC9V流经肖特基二极管D5后，经过一个限流电阻R18接到7.4V电池。其中Q3、R21、R17、LED6为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后D5、R18上的压降将降低，从而使Q3截止，LED6将熄灭。为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1小时左右。