锂电池串联问题

　　由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间，也会产生这样或那样的差异。

      如同一位母亲生的双胞胎，刚生下时可能长得一模一样，做为母亲都很难分辨。然而，在两个孩子不断成长时，就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样。使用一段时间产生差异后，采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的，如一个36V的电池堆，必须用10只电池串联。整体的充电控制电压是42V，而放电控制电压是26V。用整体电压控制方式，初始使用阶段由于电池一致性特别好，也许不会出现什么问题。在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状态，（不一致是的，一致性是相对的）这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的。例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V，四只电池的电压是3.2V，四只是3.4V，现在的整体电压是32V，我们让它继续放电一直工作到26V。这样，那两只2.8V的电池就低于2.6V 处于了过放状态。锂电池几次过放就等于报废。反之，用整体电压控制充电的方式进行充电，也会出现过充的状况。比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时，那两只2.8V的电池处于﹨“饥饿﹨”的状态，而迅速吸收电量，就会超过4.2V，而过充的超过4.2V的电池，不仅由于电压过高产生报废，甚至还会发生危险，这就是锂动力电池的特性。

　　锂离子电池的额定电压为3.6V（有的产品为3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V；阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。现在使用的大部分是4.2V的，锂离子电池的终止放电电压为 2.5V～2.75V（电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同）。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。

　　便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等。

　　锂是一种金属元素，其化学符号为Li（其英文名为lithium），是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是轻的。它除了应用于原子能工业外，可制造特种合金、特种玻璃（电视机上用的荧光屏玻璃）及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。

　　锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能（或者还原性能极差）。而可充电的电池称为二次性电池（也称为蓄电池）。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能化学能锂电池的主要特

　　在所有元素中，锂具有最负的标准电极电位(－3.045V vs. SHE，即相对于标准氢电极为－3.045V)，且锂原子得失1mol电子所需的***轻(原子量为6.94g/mol，密度为0.53g/cm3)。锂的理论比容量可达到3860Ah/kg，而锌和铅分别只有820Ah/kg和260Ah/kg。因此，以锂作为负极的电池具有电压高和理论能量密度高等特点。锂电池的研究历史可以追溯到20世纪50年代，一次锂电池于70年代进入实用化，包括Li/MnO2电池、Li/SO2电池、Li/SOCl2电池和Li/(CF)n电池等。为了实现能源的可持续性，人们开始研究锂二次电池。

　　Stanford大学团队于1970年代研究嵌入化学反应，采用TiS2作为正极，以锂作为负极，制成了嵌入式正极材料锂二次电池[2]，由于锂的枝晶问题影响电池安全，以加拿大Moli公司1990年电池产品发生安全事故为标志，以锂为负极的二次电池技术研究进入低潮，之后即进入锂离子电池时代。Armand等于1977年报道了锂石墨插层化合物等[3]，至1980年基本形成了嵌入化合物作为锂离子电池电极的概念[4]，同年，Good enough等合成出层状嵌入化合物LiMO2(M=Co，Ni，Mn)，并且发现其中的锂离子可逆的脱嵌和嵌入[5]，钴酸锂成为锂离子电池的***代正极材料。1990年，日本公司开发出个商业化的锂离子电池[6]，全球开始兴起了锂离子电池研究的热潮。

　　锂离子电池工作原理见图5。电池负极一般是碳素材料，正极是含锂的过渡氧化物LiCoO2或LiMn2O4，LiFePO4等，电解质是锂盐的有机溶液或聚合物。充电时，正极中的锂离子脱离LiCoO2或LiMn2O4晶体，经过电解质嵌入碳材料负极；放电时则相反。用LiCoO2作正极活性物质的锂离子电池反应为：

　　放电时：Li1－xCoO2＋LixC6→LiCoO2＋6C；

　　充电时：LiCoO2＋6C→Li1－xCoO2＋LixC6。

　　锂离子电池具有工作电压高、重量轻、体积小、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、PDA等移动终端产品。纯电动汽车动力电池的容量决定了车辆的续航能力，大电流放电能力决定车辆加速能力，因此，高比能量和大功率锂离子电池成为选的电动汽车电池

　　相对于12V微混系统的优势，德尔福派克亚太区新能源产品经理洪英林给我们举了一个例子：“比如说空调，传统汽车在等红灯的时候，发动机处于怠速，皮带驱动的空调压缩机可以继续工作，空调照样制冷。但是对于有启停功能的车来说，等红灯时需要转换到电动空调，不然乘客就要忍受等红灯或堵车的时候没有空调的环境。一个电动空调压缩机的功率低要2.5kw，如果用12V供电，电网就难以承受，用48V就没有问题了。此外48V一侧还可以给主动悬架，电动转向，电动暖风等供电。”

　　目前日本市场上的主流是配置100V以上高电压型电池的强混动力汽车，采用的是100V以上的锂离子充电电池模组，虽然能使混合动力汽车（HEV）大幅提高燃油效率，但专用元件和耐压元件成本高。使用148V系统也会增加成本，但是相对于纯电动汽车或强混汽车的成本来说，48V系统可节省成本40%~60%，而且48V锂离子充电电池模组还能提高10～15%的燃油效率。

　　148V系统规格的关键之一在于锂离子电池技术，锂离子电池技术可提供较铅酸化学电池更高（3倍）的能量密度，尺寸、重量等方面降低。48V锂离子电池的充电性能更佳，能够更有效率地存储汽车制动回收能量，为汽车中所需越来越多的电子负载（如前排座椅加热、可加热式挡风玻璃、后避震器）提供更多功率。