电池调节器延长锂离子电池的使用寿命

锂离子电池自然老化，预期寿命 大约三年。但是，这种生命可以很短—— 不到一年 - 如果电池处理不当。它变成了 电池通常在应用中被滥用 否则，智能调节将显着延长电池寿命。LTC4099 电池 充电器和电源管理器包含一个 I2C 控制 电池调节器可最大限度地提高电池运行能力 使用寿命，同时优化电池运行时间和充电 速度（见图 1）。

图1.LTC4099 与 I2C控制电池调节器

锂离子电池的潜在老化过程

现代锂离子电池由石墨制成 负极端物、钴、锰或磷酸铁 正极端子和传输 锂离子。

电解质可以是凝胶，聚合物（锂离子/聚合物 电池）或凝胶和聚合物的混合体。在实践中， 没有发现合适的聚合物来运输锂 离子在室温下有效。最“袋装”锂离子电池/ 聚合物电池实际上是混合电池，包含 聚合物和凝胶电解质的组合。

充电过程涉及锂离子移出 负极材料，通过电解液 并进入正极材料。放电是 反向过程。两个端子要么释放，要么吸收 锂离子，取决于电池是否 充电或放电。

锂离子不与端子结合，而是 进入终端就像水进入海绵一样;这 过程称为“插层”。因此，通常情况下 基于电荷的设备，如电解电容器， 由此产生的电荷存储是两者的函数 所用材料和材料的物理结构。 在电解电容器的情况下，箔被蚀刻 以增加其表面积。在锂离子电池的情况下 电池端子必须具有类似海绵的物理 化妆接受锂离子。

正极材料的选择（钴、锰） 或磷酸铁）决定容量、安全性 和电池的老化特性。特别是钴 提供卓越的容量和老化特性，但 与其他材料相比，它相对不安全。 金属锂易燃，钴正极 末端在放电过程中容易形成金属锂 过程。如果多项安全措施失败或 失败后，由此产生的金属锂可以推动“通风口 有火焰“事件。

因此，大多数现代锂离子电池使用锰 或磷酸铁基正极端子。这 提高安全性的代价是略微降低容量 并增加衰老。

老化是由腐蚀（通常是氧化）引起的 由电解液的正极端子组成。这减少了 电解质在锂离子传输中的有效性和海绵状锂离子吸收能力 正极端子。电池老化导致增加 电池串联电阻（BSR）和容量降低， 由于正极端子逐渐降低 吸收锂离子。

老化过程从电池的那一刻开始 制造，无法停止。但是，电池 处理在老化速度方面起着重要作用 进展。

影响老化过程的条件

正极的腐蚀是一个化学过程 而这个化学过程有活化能概率 分发函数 （PDF）。活化能可以 来自热量或端电压。激活越多 从这两种来源获得的能量越大 化学反应速度越快，老化越快。

用于汽车环境的锂离子电池 必须持续 10 到 15 年。所以，汽车供应商 锂离子电池不建议为电池充电 3.8V以上。这不允许使用全部容量 电池，但活化能足够低 PDF 将腐蚀降至最低。磷酸铁 正极端子的放电曲线较浅，因此 在 3.8V 时保持更大的容量。

电池制造商通常将电池储存在 15°C （59°F） 和 40% 的充电状态 （SoC），以最大限度地减少老化。 理想情况下，存储将以 4% 或 5% 的 SoC 进行，但它 切勿达到 0%，否则电池可能会损坏。 通常，电池组保护IC可防止电池 从达到 0% SoC。但包装保护不能 防止自放电和包装保护IC本身 消耗一些电流。虽然锂离子电池有 自放电比大多数其他二次电池少， 存储时间有些开放。因此，40% SoC 代表了最小化老化和 防止在储存期间损坏（见图2）。

图2.锂离子电池的年容量损耗与温度和 SoC 的关系

在便携式应用中，容量从 这种降低的 SoC 策略在 营销规范。但检测 高环境热量和高电池 SoC 的组合 实现一种算法，最大限度地减少老化，同时 确保为用户提供最大容量可用性。

电池调节器避免了以下情况 加速衰老

LTC4099 具有一个内置的电池调节器，该调节器能够 通过 I 启用或禁用（默认）2C 接口。如果 电池调节器使能，LTC4099 检测 电池温度高于~60°C，它轻轻地 对电池放电，以尽量减少老化的影响。 LTC4099 NTC 温度测量始终 打开并可用于监控电池温度。这 电路是微功耗电路，仅消耗50nA电流 仍然提供完整的功能。

用于对电池放电的电流量 遵循图 3 所示的曲线，当 电池端电压为~3.85V。如果温度 的电池组降至 ~40°C 以下，并且源 能量可用，LTC4099 再次为 电池。因此，电池受到保护，免受最坏情况的影响 电池老化条件。

图3.电池放电电流与电压的关系（用于 LTC4099 电池调理功能）

结论

虽然锂离子电池的老化无法阻止， LTC4099 的电池调节器可确保最大 通过防止电池耗尽条件来延长电池寿命 同时具有高压和高温。进一步 微功耗，始终开启NTC监控电路 确保电池免受生命威胁 条件在任何时候。

审核编辑：郭婷