除非托尼·史塔克（Tony Stark）介入并发明电弧反应堆或进行无线能量传输的太阳能卫星（SPS）研究，否则人类必须依靠电池为便携式或远程电子设备供电。在消费类电子产品中，最常见的可充电电池类型是锂离子电池或锂聚合物电池类型。在本文中，我们将关注锂离子电池，因为它们比其他所有类型的电池都更有用。无论是小型移动电源，笔记本电脑，还是特斯拉新款Model 3一样大的东西，都由锂离子电池供电。
是什么让这些电池与众不同？在项目/设计中使用它之前，应该了解什么？您将如何安全地为这些电池充电或放电？如果您想知道所有这些问题的答案，那么您已经找到了正确的文章，请坐下来通读，而我会尽力使之有趣。
锂离子电池历史
锂离子电池的想法最早是由GN Lewis在1912年提出的，但是直到1970年代才变得可行，并且第一个不可充电锂电池投入了商业市场。在1980年代后期，工程师们尝试制造出首个使用锂作为负极材料的可充电电池，并取得了部分成功。他们没有注意到这些类型的锂电池在充电过程中不稳定，并且会在电池内部造成短路，从而导致温度升高并引起热失控。
1991年，一种用于手机的锂电池在日本爆炸了。仅在此事件发生后，才意识到应非常谨慎地处理锂离子电池。然后，由于安全问题，制造商召回了大量进入市场的此类电池。经过大量研究，后来索尼推出了具有新化学作用的先进锂离子电池，该电池至今仍在使用。让我们在这里结束历史课，并研究一下锂离子电池的化学作用。
锂离子电池化学与工作
顾名思义，锂离子电池使用锂离子完成工作。锂是一种非常轻的金属，具有高的能量密度，这种特性使电池重量轻，并以较小的外形尺寸提供高电流。能量密度是每单位电池体积可以存储的能量量，能量密度越高，电池越小。尽管锂金属具有压倒性的特性，但由于锂由于其金属性质而高度不稳定，因此不能直接用作电池中的电极。因此，我们使用的锂离子或多或少具有与锂金属相同的性能，但它是非金属的，使用起来相对更安全。
通常，锂电池的阳极由碳制成，而电池的阴极由氧化钴或其他某种金属氧化物制成。连接这两个电极的电解质将是包含锂离子的简单盐溶液。放电时，带正电的锂离子会向阴极移动并轰击阴极，直到它带正电为止。现在，由于阴极带正电，因此它会向其吸引带负电的电子。这些电子流经我们的电路，从而为电路供电。
同样，在充电时，情况恰恰相反。来自电荷的电子流入电池，因此锂离子向阳极移动，使阴极失去其正电荷。
锂离子电池简介
关于锂离子电池的理论已经足够多了，现在让我们实际了解这些电池，以便我们对它们在项目中使用时充满信心。最常用的锂离子电池是18650电池，因此本文将对此进行讨论。典型的18650细胞在下面的图像中显示
像所有电池一样，锂离子电池也具有电压和容量额定值。所有锂电池的额定电压额定值为3.6V，因此您需要更高的电压规格，必须串联两个或多个电池才能达到此规格。默认情况下，所有锂离子电池的标称电压仅为〜3.6V。完全放电时，该电压可降低至3.2V，而充满电时可升高至4.2V。始终记住，将电池放电至低于3.2V或将其充电至高于4.2V会永久损坏电池，并且也有可能成为烟花的秘诀。让我们细分18650电池中涉及的术语，以便我们可以更好地理解。请记住，这些解释仅适用于单个18650电池，以后我们将更多地使用锂离子电池组，其中多个或多个电池串联或并联连接可获得更高的电压和电流额定值。
标称电压：标称电压是18650电池的实际额定电压。默认情况下，该电压为3.6V，尽管制造商仍对所有18650电池保持相同。
完全放电电压： 切勿让18650电池放电至3.2V以下，否则会改变电池的内阻，从而永久损坏电池并可能导致爆炸
满充电电压：锂离子电池的充电电压为4.2V。应注意，在任何给定时间，电池电压均不会增加4.2V。
mAh额定值：电池容量通常以mAh（毫安时）额定值给出。该值将根据您购买的电池类型而变化。例如，假设我们的电池容量为2000mAh，那不过是2Ah（安培/小时）。这意味着，如果我们从此电池中汲取2A电流，则将持续1小时；同样，如果我们从该电池中汲取1A电流，则它将持续2小时。因此，如果您想知道电池将为项目供电多长时间（运行时），则必须使用mAh额定值进行计算。
运行时间（小时）=电流消耗/ mAh额定值
电流消耗应在C级额定值范围内。
C额定值：如果您想知道可以从电池汲取的最大电流量是多少，则可以从电池的C额定值获得答案。电池的C额定值会随每个电池而再次变化，假设我们拥有的电池是2Ah电池，额定值为3C。值3C表示电池可以输出3倍额定Ah额定值为其最大电流。在这种情况下，它可以提供最大6A（3 * 2 = 6）作为最大电流。通常，18650电池仅具有1C额定值。
从电池汲取的最大电流= C额定值* Ah额定值
充电电流： 另一个值得注意的电池规格是其充电电流。仅仅因为电池可以提供6A的最大电流，并不意味着它可以用6A充电。电池的最大充电电流将在电池的数据表中提及，因为它会随电池的不同而变化。通常它将是0.5C，这是Ah额定值的一半。对于额定2Ah的电池，充电电流将为1A（0.5 * 2 = 1）。
充电时间：单个18650电池充电所需的最短充电时间可以通过使用充电电流值和电池的Ah额定值来计算。例如，假设充电器仅使用CC方法对电池充电，则以1A充电电流对2Ah电池充电大约需要2个小时。
内部电阻（IR）：可以通过测量电池的内部电阻来预测电池的健康状况和容量。这不过是电池阳极（正极）和阴极（负极）端子之间的电阻值。数据表中会提到电池的典型IR值。它与实际值的偏差越大，电池的效率就越低。 18650电池的IR值将在毫欧范围内，并且有专用的仪器来测量IR值。
充电方法：有很多方法可以对锂离子电池充电。但是最常用的是3步拓扑。这三个步骤是CC，CV和trick流充电。在CC（恒定电流）模式下，通过改变输入电压，电池以恒定的充电电流充电。此模式将一直有效，直到电池充电到一定水平，然后再充电CV（恒定电压）模式开始时，充电电压通常保持在4.2V。最终模式是脉冲充电或trick流充电，其中小电流脉冲传递到电池，以改善电池的寿命。还有更复杂的充电器，涉及7步充电。由于这个主题已经超出了本文的讨论范围，因此我们不会对其进行深入研究。但是，如果您有兴趣知道评论部分中的提及，我是否可以撰写另一篇有关给锂离子电池充电的文章。
充电状态（SOC）％：充电状态只不过是电池的电量，类似于我们的手机中显示的电量。电池容量不能用其电压阀简单地计算，通常使用电流积分来确定电池容量随时间的变化。
放电深度（DOD）％： DOD给出了电池可以放电的程度。众所周知，没有电池会100％放电，因为它会损坏电池。通常，所有电池的放电深度设置为80％。
电池尺寸： 18650电池的另一个独特而有趣的功能是其尺寸。每个单元的直径为18mm，高度为650mm，因此其名称为18650。
如果您想要更多的术语定义，请查阅MIT电池术语文档，您一定会在其中找到与电池有关的更多技术参数。
使用18650电池的最简单方法
如果您是一个完全的新手，并且刚开始使用18650电池为您的项目供电，那么最简单的方法是使用可以安全地对18650电池进行充电和放电的现成模块。TP4056模块仅是此类模块，它可以处理单个18650电池。
如果您的项目需要超过3.6V的输入电压，那么您可能希望将两个18650电池串联，以获得7.4V的电压。在这种情况下，应使用2S 3A锂离子电池模块之类的模块来安全地对电池充电和放电。
要组合两个或更多18650电池，我们不能使用传统的焊接技术在两者之间建立连接，而是使用一种称为点焊的工艺。同样，在串联或并联组合18650电池时，应格外小心，以下段落将对此进行讨论。
锂离子电池组（串联和并联电池）
要为小型便携式电子设备或小型设备供电，一个18650电池或最多两个串联的电池就可以解决问题。在这种类型的应用中，由于所涉及的电池数量较少，因此复杂度较低。但是对于更大的应用，例如电动自行车/轻便摩托车或特斯拉汽车，我们将需要串联和并联连接许多此类电池，以获得所需的输出电压和容量。例如，特斯拉汽车包含6800多个锂电池，每个锂电池的额定电压为3.7V和3.1Ah。下图显示了如何将其布置在汽车底盘内。
由于要监视如此多的电池，我们需要一个专用电路来安全地对这些电池进行充电，监视和放电。该专用系统称为电池监视系统（BMS）。 BMS的工作是监视每个锂离子电池的单个电池电压，并检查其温度。除此之外，一些BMS还监视系统的充电和放电电流。
当将两个以上的电池组合成一个电池组时，应注意它们具有相同的化学性质，电压，Ah额定值和内部电阻。同样，在为电池充电时，BMS确保电池均匀充电并均匀放电，以便在任何给定时间所有电池都保持相同的电压，这称为电池平衡。除此之外，设计人员还必须担心在充电和放电时冷却这些电池，因为它们在高温下反应不好。
希望本文为您提供了足够的详细信息，以使您对锂离子电池充满信心。如果您有任何特定疑问，请随时在评论部分中保留，我将尽力答复。在那之前，要开心地修补。