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单颗电芯所提供的电量是2150mAh(2150mAh即电芯在输出电流强度为2150mA时仅能持续放电一小时)、输出电压3.78V,整块电池所能够提供的电量可以轻易算出:
3.78V*4*(2150mAh*2)=65016mWh=65.016Wh
JOYBOOK5000型号笔记本电脑最低功耗为10.7Wh,通过计算可以得出JOYBOOK5000电池的理论续航时间(不考虑温度及电芯自身差异带来的影响)为6.076小时。
锂离子电池是如何实现充放电这一可逆过程的呢?
US18650GR电芯的正极材料采用的是锂钴复合化合物LixCoO2 ,负极材料是特殊结构分子碳C ;这些材料在封装后通过含有锂盐的有机液体浸润、电芯负极钝化膜化成等制程处理后最终成为市场上销售的成品电芯。电芯在充电、放电过程中内部化学材料发生可逆化学反应:

充电时加在电池两极的电势迫使正极的复合化合物释出锂离子,与碳分子发生化学反应,实现电能到化学能的转化;电芯放电时锂离子将脱离碳分子,重新和正极的复合化合物结合,实现化学能到电能的转化过程。需要注意的是,无论是正向的还是逆向的深度化学反应都是不可取的!由于锂离子电芯能量密度高,在过度充电状态下电池温度上升后能量将过剩,在这种环境下电解液会分解并产生气体,并导致电芯内压上升而发生自燃或破裂的危险;反之,在过度放电状态下电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化,从而降低电芯可充电次数。
JOYBOOK5000电池中保护电路部分就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全性。这部分保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成,其中保护IC负责监视电池电压,当有过度充电或放电状态时及时切换到外挂的功率MOSFET来保护电池,保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流/短路保护;保护电路原理框图如下所示:

当外部充电器对锂电池充电时,为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状态。此时,保护IC需检测电芯组电压,当到达14.8V时(电池过充点为14.8V)即激活过度充电保护,将功率MOS由开转为关断,进而截止充电;为了防止锂电池的过度放电状态,假设锂电池接上负载,当锂电池电压低于其过度放电电压检测点(为12V)时将激活过度放电保护,使功率MOSFET由开转变为关断而截止放电,以避免电池过度放电现象发生,并将电池保持在低静态电流的待机模式,此时的电流仅0.1uA。
JOYBOOK5000电芯组通过[CC-CV]的充电方式来充分发挥电池的功效,充电截止电压与放电截止电压可以通过电芯C-V曲线的最佳电位区间来决定,如图三所示:

图三
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