《ACk基礎(chǔ)》課件.ppt

1、Repaired and Engineer BATTERY PACK 教 育 訓(xùn) 練,解剖筆記型電腦電池 一般筆記型電腦電池的組成包括 : 二次電池 : 18650 ( 17650 ) 鎳氫電池， 18650 鋰離子電池，方型鋰離子電池，高分子鋰 電池。 *註1；數(shù)量為 3 ， 6 ， 9 或 12顆作為一電池組，視電源設(shè)計(jì)而不同，採用 串並聯(lián)來提高工作電壓及容量。 電池保護(hù)板 : 主要分為兩部份，一為鋰離子電池的保護(hù)電路，作為鋰離子電池充放電時 保護(hù)，一為能源管理電路 ( Gas gauge ) ，作為電池組與主機(jī)溝通及電池使用 狀況的管理，通常兩者設(shè)計(jì)於同一電路板上，若為使用鎳氫電池，則無

2、鋰 離子電池的保護(hù)電路。,1.保護(hù)元件 : NTC 熱敏電阻：常使用於鎳氫電池組中，用來偵測電池組溫度，作為充放電 時的參考。 Thermostat 溫度開關(guān)：常使用於鎳氫電池組，同樣偵測電池組溫度，作為強(qiáng) 制保護(hù)電池異常的開關(guān)。 溫度保險絲：作為電池組最後的保護(hù)機(jī)制，若電池組持續(xù)異常狀況，溫度過 ( 通常設(shè)定於 9098 度 ) 或電流過大，溫度保險絲燒斷，則電池 組在也無法工作。 Poly switch 限流開關(guān) : 作為電流及溫度過載的保護(hù)，普遍用於各種電池組 。,外殼 : 將以上各部組合而成，再以塑膠外殼封裝，即成一電池組 ( Battery Pack ) 。一般Notebook 電腦

3、電池，皆朝 Smart battery 方向設(shè)計(jì)，也就是電池組內(nèi)有 Gas Gauge 能源管理線路，來監(jiān)視電池使用情況及與主機(jī)溝通的橋樑，精準(zhǔn)的使用每一分電力。 在二次電池的使用上目前以 18650鋰離子電池為主流，許多 Notebook 製造廠，為縮減 Notebook 體積及重量，也開使用方型鋰離子電池及 polymer 鋰電池，但基本構(gòu)造組成一樣如上述，只是在外觀形狀上不同。 註1: 18650 指的是圓柱型電池的尺寸， 18為外徑18mm ， 65為高度65mm ， 方型鋰離子電池亦使用此方式，如: 103448 ，為長48mm*寬34mm*高10mm 的方型電池。,筆記型電腦電池標(biāo)

4、籤解讀 您是否仔細(xì)看過電池組外的標(biāo)籤，上面代表的意義為何， 請看以下。 一般的標(biāo)示內(nèi)容有: 1. 廠牌、型號。 2. 電池種類 : Li-ion ( 鋰離子電池 ) ， Ni-MH ( 鎳氫電池 )， Li-polymer ( 高分子鋰電池 )。,額定容量 ( Nominal Capacity ) : XXXX mAh目前常用的 18650 鋰離子電池單一顆容量為 15002000mAh 之間，視電池製造廠技術(shù)而有不同，應(yīng)用於 Notebook 電池組時，通常用 3顆並聯(lián) ( 3P ) ，來提高使用容量，可達(dá)45006000mAh之間，而 18650 鎳氫電池單一顆的容量，即可達(dá)到 42004

5、500mAh 之間，所以實(shí)際應(yīng)用時，只要將電池串聯(lián)，提高該電池組工作電壓。 電池組使用注意事項(xiàng) : 通常標(biāo)示電池組使用環(huán)境的限制，使用時的注意事項(xiàng)及電池回收。,4. 額定電壓 ( Nominal Voltage ) : 10.8V ( 11.1V )，或 14.4V。以一顆 3.6V 的鋰離子電池為例，若串聯(lián) 3顆 ( 3S ) 則電壓成為 10.8V ，串聯(lián) 4 顆 ( 4S ) 電壓成為 14.4V ，但有些二次電池製造廠所標(biāo)定的單顆鋰離子電池電壓為 3.7V ，所以 3S 的電壓為 11.1V 若以 1.2V 的鎳氫電池，則串聯(lián) 9顆單電池至 10.8V ，來達(dá)到主機(jī)運(yùn)作時所需的工作電壓

6、。,例1:一組標(biāo)示為Li-ion ， 14.8V ， 4500mAh 的電池組，代表該電池組內(nèi) 容為： 1) 鋰離子電池 2) 內(nèi)含 12顆 3.7V ， 1500mAh ， 18650 ( 或方型 ) 的鋰離子電池，採用 4串3並 ( 4S3P ) 組成方式， 電壓為 3.7V * 4 = 14.8V -4S ( Series ) 容量為 1500mAh * 3 = 4500mAh -3P ( parallel ) 例2：一組標(biāo)示為 Ni-MH， 10.8V ， 4200mAh 的電池組，代表該電池組內(nèi)容為： 1)鎳氫電池 2) 內(nèi)含 9顆 1.2V ， 4200mAh ， 18650的鎳氫

7、電池，採用9顆電池串聯(lián)方 式。,電池的種類 電池簡單的說即為儲存電的裝置，分成化學(xué)電池與物理電池，通常電池泛指化學(xué)電池，其構(gòu)成材料為化學(xué)物質(zhì)，藉由其氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能，而物理電池即利用光或熱變換成電能儲存的系統(tǒng)。 若將電池進(jìn)一步分類，又可分為一次電池與二次電池，使用過後其壽命終止，無法重覆充電使用的稱為一次電池，如：市售之鹼性電池。 可重覆充電使用的稱為二次電池 ，如：鎳氫，鋰離子電池，但其充放電之循環(huán)壽命亦有老化限制，視使用狀況而定，通常依各化學(xué)特性的不同約有 3001000次的充放電循環(huán)壽命。 電池的組成主要分為：正極，負(fù)極及電解液而成，不同的化學(xué)成份，所表現(xiàn)出的特性及應(yīng)用

8、領(lǐng)域亦不同，因應(yīng)各種電子產(chǎn)品的需求，電池工業(yè)發(fā)展至今，亦衍生出各種不同應(yīng)用範(fàn)圍之電池種類，常見之電池種類如下表所示：,二次電池使用和保養(yǎng) 溫度特性 由於充電電池在電解液體和電極片中的遷移速率與溫度密切相關(guān)，因此溫度的上下波動會顯著的影響充電電池的技術(shù)性能。 儲藏溫度 一般情況下，電池由於內(nèi)部有液體，在低溫情況下長期儲藏會破壞電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)，所以建議有條件的情況下，儲藏溫度不要低於 -20；而過高的溫度也使電池?zé)o法達(dá)到其額定容量，一般儲藏溫度不要高於 40。 充電電池的正常儲藏溫度為 -20+65，當(dāng)溫度降到低於 -20時，電池中的電解液會凝固，電池的內(nèi)阻會變得無窮大，電池將無法使用。當(dāng)溫度超

9、過 +65時，電解液會發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氣體，電極片中的樹酯粘接劑也會發(fā)生變質(zhì)，從而導(dǎo)致整個電池逐漸老化和衰退，甚至在短期在失效。, 充電溫度 一般情況下，充電溫度在045。 放電溫度 一般情況下，放電溫度在 -2065；但在一些特殊情況下，可采用低溫電池和耐高溫電池。 電池組在出廠前一般經(jīng)過放電處理，以防止運(yùn)輸途中由於震蕩或其它原因造成短路，通常新電池不帶電或只含 20% 左右的電量。 新電池或長期未使用的電池由於活性物質(zhì)可能未能完全激活，使用前一般需經(jīng)過兩三個循環(huán)的小電流（0.1C）充放電處理，才能達(dá)到標(biāo)稱容量。 長期不使用的電池應(yīng)采用荷電狀態(tài)儲藏，一般可預(yù)充 50%100% 的電量後

10、儲藏，每隔三個月建議對電池充電一次，以恢複到飽和容量。,電池詞彙 1. 一次電池 ( Primary battery ) : 電池僅能放電，當(dāng)電池電力用謦時，無法再充電的電池.市售的鹼性電池， 錳乾電池，水銀電池等，皆屬一次電池。 2. 二次電池 ( Rechargeable battery ) : 電池電力用完後，可經(jīng)由充電重覆使用之電池，如：鉛酸，鎳氫，鋰離子 電池等。 3. 額定容量 ( Nominal Capacity ) : 一般電池的蓄電量，會以mAH-毫安培小時或 AH-安培小時來表示，當(dāng)電 池充飽電後，放電至截止電壓時，所能取出之電量，就是此電池的容量.一 次電池之容量，因與使

11、用的負(fù)載有很大的關(guān)係，所以通常不勿加以標(biāo)示。,4. 額定電壓 ( Nominal Voltage ) : 電池正負(fù)極材料，因化學(xué)反應(yīng)，所造成之電位差高低，利用此關(guān)係，所產(chǎn) 生的電壓，稱為額定電壓.不同的正負(fù)極材料，產(chǎn)生的電壓不同，如：鉛 酸電池 2V / cell ，鎳氫電池 1.2V / cell ， 鋰離子電池 3.6V / cell。 5. 內(nèi)阻 : 電池為許多化學(xué)材料組成，其都有一定的阻抗，電池的高低內(nèi)阻往往影響 充放電的特性。 6. 正極 ( Positive Electrode ) : 符號為 、電位較負(fù)極高。 7. 負(fù)極 ( Negative Electrode ) : 符號為

12、- 、電位較正極低。,8. 電解質(zhì) ( Electrolyte ) : 當(dāng)正負(fù)極間引起化學(xué)反應(yīng)時，可使離子移動之離子導(dǎo)電體，而不是電子導(dǎo)電體， 主要在傳遞整個電化學(xué)反應(yīng)離子的傳導(dǎo)工作。 9. 隔離膜 ( Separator ) : 置於正負(fù)極板中，為一微孔性及多孔性之薄膜，材質(zhì)以 PP，PE 為主，主要在隔離正負(fù)極板，可使離子通過，並具保持電解液的功能。 10. C-rate : 用來表示電池充放電時電流大小的比率單位。 如: 容量 1600mAh 的電池， 0.2C 代表以 320mA 的電流來進(jìn)行充電或放電， 1C 代表以 1600mA。此比率單位 C-rate 對於二次電池是重要的觀念。

13、,11. 放電截止電壓 ( Cut-off discharge voltage ) : 電池在放電試驗(yàn)時，到達(dá)終點(diǎn)的電壓。一般 Ni-MH 電池設(shè)定為 1.0V ， Li-ion 電池設(shè)定在 3.0V 或 2.7V。 12. 開路電壓 ( Open circuit voltage, OCV ) : 指電池在無負(fù)載的情況下，電池正負(fù)極之間的電壓。 13. 過放電 ( Over discharge ) : 超過電池放電截止電壓值，若繼續(xù)放電則可能造成電池漏液或劣化 。 14. 過充電 ( Over charge ) : 電池到達(dá)飽充狀態(tài)後，再繼續(xù)充電的程度大小， 過度充電可能會使電池劣 化。,15

14、. 自我放電 ( Self discharge ) : 電池在儲存過程中，電池蓄電容量會逐漸減少的現(xiàn)象，所以一般儲存電池時都有一儲存溫度範(fàn)圍，過高的溫度會加速電池的自我放電。 16. 循環(huán)壽命 ( Cycle life ) : 二次電池在反覆充放電的使用下，電池容量會逐漸下降，通常以該電池的額定容量作標(biāo)準(zhǔn)，電池容量降至其 80% 或 60% 時的充放電次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。 17. 記憶效應(yīng) ( Memory effect ) : 電池在沒有放完電的情況下，若施以充電，則電池容量可能無法回到原有的水準(zhǔn)，但若施以強(qiáng)制深度放電後在充電，容量可能就能回復(fù)，通常此種現(xiàn)象常發(fā)生於鎳鎘電池上。,18. 定電

15、流 ( Constant current，CC ) : 以固定的電流對電池充電或放電。 19. 定電壓 ( Constant current，CV ) : 以固定的電壓對電池充電，充電電流會隨著電壓值接近而下降，對於 Li-ion 電池充電，一般使用 CC-CV 充電模式，前段採用 CC ，當(dāng)電池電壓到達(dá) 4.2V ，轉(zhuǎn)用CV充電。 20. 涓流充電 ( Trickle charge ) : 以一微小的電流對電池充電，常用於對電池開始充電前或充飽電後。,21. dV : 此為 Ni-MH 或 Ni-Cd 電池在偵測充電截止的一個重要參考值。這兩種電池的充電特性，在電池充飽時，電壓會有一峰值，若

16、在施以充電，電壓會有下降的趨勢，以下降多少 mV ，作為充電的截止條件， 一般會設(shè)定於 810mV / cell。 22. dT/d : Ni-MH 及 Ni-Cd 在充電快充飽時，電池的溫度會隨時間而快速上升，以每分鐘上升的溫度作為充電的截止條件，一般設(shè)定在每分鐘上升 1度作為截止點(diǎn)。 23. 串並聯(lián) ( Series and parallel ) : 電池串聯(lián)來提高電壓，以並聯(lián)來提高電池容量。 如：Notebook 電池，用12顆 Li-ion 電池，以 4 串 3 並的組合， 來符合 Notebook 的工作電壓及延長操作時間。,通常使用二次電池應(yīng)注意的事項(xiàng) 1. 不使電池短路。 2.

17、不直接作焊接，必要時用點(diǎn)焊方式熔接。 3. 正、負(fù)極誤接充電時有破裂的顧慮。 4. 充電應(yīng)按照指定方法施行或指定規(guī)格之充電器，如容許充電電流、容許充電溫度範(fàn)圍。 5. 其他應(yīng)遵照電池製造廠所提供之規(guī)格及注意事項(xiàng)。,Topic : 電池的電壓, 電流及容量 前言 電池的種類眾多，但簡單的說，電池是一種 “ 儲存電能 ” 的裝置，電池先生經(jīng)常將電池比喻成裝 “ 電 ” 的水壺，來說明許多人對電池特性的疑問。 雖然每種電池的電氣特性不同，但是就二次電池來說，如: 鎳鎘，鎳氫，鋰離子電池，其電氣特性大同小異，欲了解電池，就先了解電壓，電流及容量上的關(guān)係與觀念。 電池等於 “ 裝電 ” 的水壺用水壺來比

18、喻電池，尤其是二次電池，應(yīng)該比較容易認(rèn)識電池的特性。 一般水壺是以 c.c 來計(jì)算水壺的容積為多少，所以電池是用 mAh 為單位，來計(jì)算二次電池的容量。mAh 單位，是以電流 ( mA-毫安培 ) 與時間 ( h-小時 ) 的乘積所計(jì)算出來的。,簡單的說，如果有一顆鎳氫電池標(biāo)示容量為 2000mAh ，若以每小時 1000mA 的電流將電 “ 充 ” 入此電池，那大約 2小時就可將電池裝滿電，若以每小時 200mA 的電流將電充入此電池，那大約 10小時就可將電池裝滿電， 雖然理論上的計(jì)算是如此，但是所有電池皆為化學(xué)材料組成，化學(xué)反應(yīng)有一定的速率範(fàn)圍，所影響的就是充電時間的長短。 另外，二次電

19、池的容量，雖標(biāo)示為 2000mAh ， 但經(jīng)過充電及放電後，其容量會逐次減少，所以我們經(jīng)常聽到 “ 本電池可充放電 500次以上 ” ，其代表的意義並不是第501次電池就不能用，正確的說法應(yīng)為: 電池經(jīng)完全充電，並且完全放完電後來回的次數(shù)為 500次以上，並且其第501次測量電池容量時，還有標(biāo)示容量的 80% 或 60%，這樣才符合二次電池的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。,電池的電壓 在二次電池標(biāo)示上，可看到此電池的電壓為何，我們稱為標(biāo)稱電壓或額定電壓。 如: 鎳氫電池標(biāo)為 1.2V ，鋰離子電池標(biāo)為 3.6V 或 3.7V ，此標(biāo)稱電壓是因電池正負(fù)極材料所構(gòu)成的電壓差， 並不是一固定值。 請看下表：,完全放電截

20、止電壓 : 此指電池放電的截止電壓值，若低於此截止電壓仍繼續(xù)放電，則電壓會持 續(xù)下降，會造成電池?fù)p壞。 完全充飽電壓 : 二次電池充電時，其電壓會逐漸上升，當(dāng)然充飽的截止點(diǎn)需要由充電器準(zhǔn) 確的偵測並停止充電，當(dāng)電池充飽電後，電壓約會落在上述範(fàn)圍內(nèi)。 另外，二次電池還有一個特性，那就是當(dāng)放完電後，雖然電壓到達(dá)截止電 壓，但當(dāng)電池從負(fù)載移 開後, 電壓會回升到接近額定電壓，通常是較低於 額定電壓。 電池電流的關(guān)係： 對於二次電池電氣特性中，電池電壓與電流輸出有很大的關(guān)係，在二次電 池表示電流輸出或輸入有一個重要的常數(shù)單位 - C-rate 。,其代表的意義如下： 若以一顆 AA 鎳氫電池， 容量為

21、 2000mAh 來說明， C-rate 用來表示電 池在充電或放電時所用的電流為多少， 0.2C 代表 2000mAh 乘以 0.2 等 於 400mA ， 0.5C 代表 2000mAh 乘以 0.5 等於 1000mA ， 1C 代表 2000mAh 乘以 1 等於 2000mA。 對電池用以 0.5C 充電或放電，就是表示以電池容量乘上 0.5 所產(chǎn)生的數(shù) 值去充電或放電.每一種二次電池，在充電或放電時都有一個電流輸入 ( 充電 ) 或輸出 ( 放電 ) 的限制，超過此限制，電池容易劣化，壽命就減短 。,Q1: 鎳氫和鋰離子有何不同 ? A: 這兩款電池最大的不同在於重量，價錢及電氣特

22、性的差異。Li-ion 電池重量輕，價格雖然較 Ni-Mh 電池高，但某些電氣特性優(yōu)於 Ni-Mh。 例如:循環(huán)壽命長，自我放電低等優(yōu)點(diǎn)目前3C產(chǎn)品的應(yīng)用皆以 Li-ion 電池為主。 Q2: 鎳氫有記憶效應(yīng)嗎 ? A: 嚴(yán)格來說 Ni-Mh 電池的記憶效應(yīng)不是很明顯。不會如 Ni-Cd 電池那麼嚴(yán)重，但 Ni-Mh 電池的使用最重要的是 “熱” 的問題,盡量避免使用 NoteBook 的同時對電池充電，以避免電池過熱，影響電池壽命及充電效率 。 請注意：鋰電池因?yàn)闆]有記憶效應(yīng)，因此不必放電，否則將會破壞電池結(jié)構(gòu)，減損電池壽命。,一般在實(shí)際應(yīng)用二次電池時，都會遵照上述來設(shè)計(jì)充電器或電子產(chǎn)品之消

23、耗功率，避免電池過載，簡單的說，如果用於耗功率大的電動工具，就不適用鋰離子電池，應(yīng)選用鎳鎘電池，而強(qiáng)調(diào)輕巧的手機(jī)，就適用鋰離子電池， 因手機(jī)的消耗電流通常低於電池容量的 1C 以下。,儲存條件說明 : 無論電池是否為良品或不良品，基於安全上之考量，其儲存環(huán)境溫度不得超過 80 ，因當(dāng)溫度超過此界限時，其電池內(nèi)之電解液會逐漸由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，體積會膨脹，有漏液之可能。故無論是否為良品，其電池組皆不得放置於高溫處，其有安全上之考量。且電池於高溫放置後，其電池特性已衰退，不宜再度使用。 以下為實(shí)驗(yàn)結(jié)果 :,Anode: negative electrode (Graphite on Copper fo

24、il) Cathode:positive electrode (Cobalt oxide on Aluminum foil) Electrolyte: Lithium salt in organic solvent Separator: Micro-porous (PP/PE) Hardware: Nickel plated steel can with patented header,Safety header,Separator,Cathode electrode,Anode electrode,Lithium-ion Cell Components,Lithium-ion Cell Co

25、mponents,Lithium-ion Cell Components,Lithium-ion Cell Components,ANODE,CATHODE,Charging Lithium-ion Cells,When the battery is charged, the lithium- ions in the cathode material (Cobalt oxide) migrate through the separator and insert between the layers of graphite material that form the anode, and a

26、charging current flows.,Discharging Lithium-ion Cells,When the battery is discharged, the lithium- ions in the graphite material that form the anode, migrate through the separator and insert between the layers of the cathode material (Cobalt oxide), and a discharging current flows.,Pressure Activate

27、d Disconnect,PTC,Rupture Vent,Separator,Chemical Mechanisms,Cathode Material,Built in Cell Safety Mechanisms,Built in Cell Safety Mechanisms,Separator Plastic porous separator material between the anode and cathode electrodes. The separator melts between 120C and 150C causing the pores close, disabling the cell. Pressure Disconnect Device All cylindrical and some prismatic Li-ion cells have a built in electrical disconnect device (switch) for over-charge protection. This device