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锂电池充电电路及保护电路方案设计

锂电池特性

首先，芯片哥问一句简单的问题，为什么很多电池都是锂电池?

锂电池，工程师对它都不会感到陌生。在电子产品项目开发的过程中，尤其是遇到电池供电的类别项目，工程师就会和锂电池打交道。

这是因为锂电池的电路特性决定的。

众所周知，锂原子在化学元素周期表中排在第三位，包含3个质子与3个电子，其中3个电子在锂原子核内部的分布对它的化学与物理特性起到决定性作用。

元素周期表

锂原子核外层的3个电子，只有外层的1个电子是自由电子，另外2个电子不属于自由电子，也就是不参与锂原子的电子性能。

为什么会选用锂元素作为电池的材料呢?

这是因为，锂原子虽然外层只有1个电子，但它的相对原子质量却只有7。换句话说，在相同的质量密度条件下，锂原子所带的电能是多的。

以铝元素为例进行对比，可以直观的得出结论。

铝元素，在元素周期表排在13位，外层自由移动的电子数是3，相对原子质量是27。

也就是如果用质量为27的铝元素制造电池，它的电能是3;

如果用相同质量为27的锂元素制造电池，它的电能是27*(1/7)，大约为3.86。

显然，在电能方面，锂元素的3.86是要超过铝元素的3。这就是为什么锂电池如此受欢迎的原因理论解释。

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华为展示锂电池新技术：循环使用多次寿命不减、容量密度飙升

厂商们仍在不断探索，以优化锂电池的性能和寿命。日前，华为一项与锂离子电池有关的新**被国家知识产权局公开。

据悉，该**名为 “一种锂离子电池用导电粘结剂及其制备方法、锂离子电池电极极片及制备方法和锂离子电池”。

依照相关描述内容，粘结剂使用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚苯乙烯、淀粉、海藻酸钠等，石墨烯作为导电材料，图中1为硅颗粒，2为石墨烯，3为粘结剂。

依照**制备的两种扣式原型电池，在经过50次循环之后，容量保持率均达到 90%以上，放电效率分别为97%、98%，可谓高效。

华为在**中表示，本发明实施例制备得到的锂离子电池用导电粘结剂可以有效缓冲充放电过程中活性材料的体积变化带来的负面影响，提高电池的循环特性，且该锂离子电池用导电粘结剂同时作为导电剂和粘结剂，可提高正负极嵌锂活性物质含量，进而提升电芯能量密度。

锂电隔膜作为锂电池的重要组成部分，在锂电材料总成本占比为5——10%。2017——2018年国内隔膜在产能建设、成本下行、技术提升等方面都取得很大的进步。从量来看，2018年中国锂电隔膜在全球市场占比继续摘得桂冠；从客户结构来看，国产隔膜不断进行进口隔膜在中国市场的替代，降低了进口隔膜在国内市场的占比，另外国产隔膜还实现大批量出口，且出口量持续保持上升，这反应了国产隔膜在技术上的进步。

高工产研锂电研究所（GGII）调研数据显示，2018年中国锂电池隔膜出货量20.2亿平米，同比增长39.7%，隔膜产量增长主要动力有：

1）2018年新能源汽车产量122万辆，同比增长50%，带动国内动力电池产销同比增长超过45%，而国内动力电池用隔膜以国产为主；

2）隔膜国产化率进一步提升，从2017年90%上升到2018年93%。国内隔膜继续替代进口隔膜在中国的市场；

3）出口量持续增加，随着国内湿法隔膜技术逐步提升，湿法隔膜出口比例加大，如上海恩捷、星源材质等出口量增加；

锂电池加速成长！四大材料大有可为

从中国汽车工业协会获悉，11月，新能源汽车产销量同比双双增长，动力电池的产量同样也增长。

数据显示，11月新能源汽车产销分别完成19.8万辆和20万辆，同比分别增长75.1%和104.9%，其单月产销第5次刷新了当月历史记录；动力电池产量共计12.7GWh，同比增长40.7%，环比增长29.1%。累计方面，1-11月，我国动力电池产量累计68.3GWh，同比累计下降13.8%。

从细分产品来看，2020年11月，三元电池产量7.3GWh，占总产量57.3%，同比增长35.6%，环比增长32.1%；磷酸铁锂电池产量5.4GWh，占总产量42.5%，同比增长49.3%，环比增长25.1%。

锂电池的应用场景主要分为三类：消费类（消费电子、电动工具等）、动力类（电动汽车）、储能类（通信基站备用电源、电力电网储能、家庭电力储能等）。消费类中，由于钴酸锂LCO的能量密度、成本（采用的贵金属钴多），对电池价格并不敏感的消费电子多数使用钴酸锂LCO。在动力类领域，2009-2016年间，磷酸铁锂LFP凭借着低成本、高安全性，成为乘用车领域（即9座以下）、商用车领域（9座以上，或以载货为主要目的）的主流选择。

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燃料电池

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是**有发展前途的发电技术 锂电池生产检测设备，武汉格瑞斯新能源有限公司。北京高精度电池测试仪厂家直销

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一般地，锂离子电池适宜的工作温度为15~35℃，而电动汽车的实际工作温度为-30～50℃，因此必须对电池进行热管理，低温时需要加热，高温时需要冷却。热管理包括设计与控制两方面，其中，热管理设计不属于本文内容。温度控制是通过测温元件测得电池组不同位置的温度，综合温度分布情况，热管理系统控制电路进行散  热，热管理的执行部件一般有风扇、水/油泵、制冷机等。比如，可以根据温度范围进行分档控制。Volt插电式混合动力电池热管理分为3种模式：主动(制冷散热)、被动(风扇散热)和不冷却模式，当动力电池温度超过某预先设定的被动冷却目标温度后，被动散热模式启动;而当温度继续升高至主动冷却目标温度以上时，主动散热模式启动。

  荷电状态(SOC)估计

  SOC(State of Charge)，可用电量占据电池可用容量的比例，通常以百分比表示，100%表示完全充电，0%表示完全放电。

  这是针对单个电池的定义，对于电池模块(或电池组，由于电池组由多个模块组成，因此从模块SOC计算电池组的SOC就像电池电池单体SOC估计模块SOC一样)，情况有一点复杂。在SOC估计方法的一节讨论。

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