在各式類型電池中，因電池因其輕便和高能量密度的特點，得到了廣泛使用。但同時，鋰電池可說又是一種十分嬌貴地電池，熱了不行、冷了不行、震動大了不行，充電太滿減壽、放電太深減壽，還有充放電流也受不同類型材料限制，差異很大。
溫度對鋰電池的影響1 圖片來源：richtek.com
從圖中可以很明顯地看出，在環(huán)境溫度低于0攝氏度的時候，鋰電池的容量出現(xiàn)了急劇下降，在零下20攝氏度基本無法正常使用，因為像手機這類通信設備，在低于3.3V的時候就會觸發(fā)關機。而且長時間0攝氏度以下的環(huán)境充電，會對電池造成永久性的損壞。高溫同樣會帶來循環(huán)壽命衰減的問題，而且還有很大的安全隱患。
鋰電池電池容量、循環(huán)壽命和充電電壓之間的關系2 圖片來源：ti.com
圖中描述了一個容量約為950mAh的移動設備鋰電池在不同充電電壓情況下的循環(huán)壽命和容量之間的關系，可以看到僅僅將充電電壓提升到4.35V，超過額定值4.2V的0.15V，電池的容量和壽命就出現(xiàn)急劇衰減，在第200多次的充電后，容量衰減到不到額定容量的50%。
在另一項充電測試中，受實驗鋰電池分別以1.0C到2.0C的速度充電，也表現(xiàn)出了截然不同的結果。隨著充電速度的加快，電池的容量呈現(xiàn)指數(shù)特性衰減。在以2.0C的速度充電時，500個循環(huán)后，鋰電池容量只剩下50%左右，這就是快速充電面臨的挑戰(zhàn)。
名詞解釋：C-rate(c)=Charge or Discharge current in Amperes (A) / the battery’s rated capacity
是指鋰電池將全部容量的電荷充(放)完成所需要的時間，做為充(放)電時的標準速度，與時間是倒數(shù)關系。1C表示在額定狀態(tài)下，1小時充(放)電完成。C越大，意味著充（放）電時間越短，反之則越長。
基于對鋰離子電池特性的理解，業(yè)界已經(jīng)形成了對鋰離子電池進行充電時的三階段策略：預充電、恒流充電和恒壓充電。
鋰電池充電的三個階段1 圖片來源：richtek.com
預充電的電壓，通常在3V以下，充電電流為0.1C，類似一個對電池的喚醒動作；第二階段則是電壓不斷上升的恒流充電階段，這個階段將電能快速地儲存到電池中，是各種快速充電技術集中發(fā)力的階段，一些廠商宣稱的充電5分鐘，通話2小時，或者十幾分鐘充滿70%，都是指這個充電階段；第三個階段恒壓充電階段，是使電池的容量最大化，供電設備是依照電池的需求提供能源，電流不斷下降，通常當電流下降到0.1C的時候，很多設備就認為已經(jīng)充滿，會主動切斷充電電源。圖中的最后一個階段，出現(xiàn)了Charge Termination 和Re-Charge mode，這一階段是讓電池吃飽的階段，彌補電池自放電以及設備負載帶來的容量下降，以便讓使用者拿到100%滿電的設備，但其實設備供貨商們并不推薦用戶這么做，因為總是吃太飽同樣會影響電池的循環(huán)壽命。
由于使用材料的差異，鋰電池的種類也有很多，比如移動設備的鋰電池和電動汽車上用的鋰動力電池，就存在很大差別，上述諸多“脾氣”仍然有相似之處，依然需要小心“伺候”。
移動設備鋰電池
筆電、平板和手機等移動設備中，常用電池材料為LiCoO2。這種材料的特點是能量密度高，遠超鋰動力電池，方便為空間有限的設備提供更多電能。但是缺點也很明顯，循環(huán)壽命500到1000次左右，材料里面含昂貴的金屬鈷，只有小尺寸時候用的移動設備能夠承受得起高昂的價格。在性能方面，通常這種電池的充放電能力只有1C左右，天生不能充放電太快，如果充電速度過快，會產(chǎn)生熱失控問題，出現(xiàn)極端情況。制造商會推薦0.5C充電，也就是2小時以上充電，當然更慢一點充電對電池壽命會有好處，這點前文已有描述。更多的使用建議是，隨用隨充，盡量讓電池保持在20%到80%這一區(qū)間，會讓電池更加健康。
新的問題來了，不管是隨用隨充還是盡量滿電，LiCoO2材料的鋰電充電速度實在是太慢了，這與便攜式設備的追求并不一致。因此，近些年，以手機制造商為代表的供貨商們開始了各種快速充電的技術和產(chǎn)品的開發(fā)。
圖為OPPO手機采用的125W超級閃充技術 圖片來源：oppo.com
比如OPPO最新發(fā)布的125W超級閃充技術。為了控制發(fā)熱，新設計采用了效率高達98%的三個電荷泵進行降壓，同時采用雙電池，電池還強壯到能夠承受6C充電電流。多級耳（電池的正負極接頭，傳統(tǒng)電池只有正負各一個）技術，進一步降低電池的發(fā)熱狀況，據(jù)稱20分鐘即可充滿等效4000mAh電池電量的手機，猜測電池實際容量更大，20分鐘快充很可能是充分利用了充電的恒流階段。由此可見，借助新技術，移動設備電池的能量密度和充電耐受力都在提高。
正如ADI CEO Vincent Roche不久前曾經(jīng)說的那樣，如今鋰電池的能量密度已經(jīng)接近核電站的能量密度水平。
鋰動力電池
常見的動力電池有磷酸鐵鋰（LiFePO4），三元鋰電（LiNiMnCoO2，簡稱NMC），特斯拉的三元鋰電采用具有更高能量密度的（LiNiCoAlO2，簡稱NCA），他們統(tǒng)一的優(yōu)勢就是至少有10C以上的放電能力，如時間不長，還可提供更高倍率的放電能力，非常適合電動汽車這種大功率設備的應用場景，比如猛踩油門的動作。其中磷酸鐵鋰具有較長循環(huán)壽命，安全、價格相對便宜等優(yōu)勢，缺點是能量密度較低，會增加汽車的重量，另低溫性能差，不適合寒冷地區(qū)直接使用，需要加熱保溫策略，而三元鋰電表現(xiàn)較為均衡，成為很多車輛的選擇。另因鈷材料價格高昂，汽車動力電池都在想方設法降低鈷的用量，控制成本，同時還要提升能量密度。
電動汽車的是數(shù)千顆電池組成的電池組同時工作的場景，因此需要照看的不僅是每一顆電池，還要對整個電池組進行有效管理，這就引入了BMS(Battery Management System)系統(tǒng)的概念。
BMS系統(tǒng)向無線化方向發(fā)展
電動汽車的BMS系統(tǒng)，通過傳感器對電池的電壓、電流、溫度進行實時檢測，同時還進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報警提醒，計算剩余容量（SOC）、放電功率，報告電池劣化程度（SOH）和剩余容量（SOC）狀態(tài)，還根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程，用算法控制OBD（車載充電機）優(yōu)化充電，實現(xiàn)更高效快捷的充電，通過CAN總線接口與車載控制系統(tǒng)、顯示設備等進行實時通信。
近些年，興起了無線BMS的發(fā)展趨勢。比如2020年11月，ADI與通用汽車合作的無線BMS平臺，由于不需使用傳統(tǒng)線束，節(jié)省了高達90%的線束和高達15%的電池組體積，除提高設計彈性和可制造性外，同時不影響電池使用壽命中的里程數(shù)和精度。
ADI無線電池管理系統(tǒng)將用于通用汽車之Ultium電池平臺 圖片來源：ADI
ADI的wBMS將電源、電池管理、射頻通訊和系統(tǒng)功能等所有集成電路、硬件和軟件整合在單一系統(tǒng)級產(chǎn)品內(nèi)，透過采用ADI經(jīng)驗證的業(yè)界領先BMS電池電芯測量技術支持ASIL-D安全性和模塊級安全性。藉由提高車輛使用壽命期間之精度，無線BMS系統(tǒng)可最大化單一電芯的能量利用率，進而實現(xiàn)優(yōu)異的車輛續(xù)航里程，并支持安全且可持續(xù)的無鈷電池化學材料，如磷酸鐵鋰(LFP)。
2021年初，TI也推出了無線BMS解決方案SimpleLink™2.4GHz CC2662R-Q1無線微控制器(MCU)與BQ79616-Q1電池監(jiān)控器連結通信，實現(xiàn)了BMS系統(tǒng)的基本通信功能。不僅降低了BMS的成本和電池系統(tǒng)體積，還能有效降低，傳統(tǒng)BMS因線束和連接器故障導致的維護成本問題。
TI 無線BMS系統(tǒng)示意圖 圖片來源：ti.com
參考數(shù)據(jù):
1.Understanding the characteristics of Li-ion batteries and Richtek power management solutions
2. 采用 LM5122 的高精度升壓鋰電池充電方案
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