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充电电池不可不知的基本常识

2009年11月14日 10:45 www.elecfans.com 作者：佚名 用户评论（0）
充电电池不可不知的基本常识
 
     一.电压：两极间的电位差称为电池的电压。主要有标称（额定）电压、开路电压、充电终止（截止）电压和放电终止（截止）电压、实际电压等。电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化，此外，电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。  
常用的电池标称电压有：
    磷酸鐵鋰(LiFePO4)：3.2V                          鋰离子/鋰聚合物(Li-ion/Lipo)：3.7V  
    錳酸鋰(Li2MnO4)：3.7V                            三元材料(Ternary Material)：3.2V
    碱性碳性柱式(LR/R_P)：1.5V                      碱性扣式(AG)：1.5V  
    锂锰扣式柱式(CR) ：3.0V                            锂亚硫酰氯(ER) ：3.6V 
 
      电池刚充满电后的电压称为开路电压；蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。实际测得的电池电压称为实际电压。
 
      镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V;           锂离子电池的充电终止电压为4.25V;
      鎳氫電池的充电终止电压为1.5V;                锂聚合物电池的充电终止电压4.25V;
 
      放电终止电压是指电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后电池继续放电,电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样,极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，电池的容量越小。
 
      镍镉电池的放电终止电压一般在1.0V-1.1V;         锂离子电池的放电终止电压为3.0V
      鎳氫電池的放电终止电压一般规定为1V;             锂聚合物电池的放电终止电压3.0V
 
     二.电流：蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的标称（额定）容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。
 
    三.容量： 电池充足电后，在一定放电条件下,放至规定的终止电压时，电池放出的总容量称为电池的标称(额定)容量。电池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，通常电池体积越大，容量越高。
 
    四.内阻：电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的,但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。 
 
    五.分类： 
     1.按外观：分为园柱型、方型、纽扣型、异型、组合型等。
     2.按使用次数：分为一次电池(不能重复使用,如干电池等),二次电池(可以多次充电循环使用,如镍氢锂离子等)。
     3.按材料：分为镍镉镍氢、锂离子锂聚合物、碱性碳性、锂亚硫酰氯、氧化银、铅酸电池等。
 
      六.记忆效应：镍氢镍镉电池在使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为镍氢镍镉电池的记忆效应。记忆效应可用多次的过放电来消除。
 
      七.串联/并联： 当电池组串联时，电压叠加，容量不变；当电池组并联时，容量叠加，电压不变。
 
      八.充电过程与充电方法：电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。
 
       对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。
 
       快速充电就是用大电流充电，迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C以上，快速充时间由电池容量和充电速率决定。
 
       为了避免过充电，一些充电器采用小电流充电。镍氢镍镉电池正常充电时，可以接受C/10或更低的充电速率，这样充电时间要10小时以上。采用小电流充电，电池内不会产生过多的气体，电池温度也不会过高。只要电池接到充电器上，低速率恒流充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。电池内产生的热量可以自然散去。 
 
      快速充电分恒流充电和脉冲充电两种，恒流充电就是以恒定电流对电流充电，脉冲充电则是首先用脉冲电流对电池充电,然后让电池放电，如此循环。电池脉冲的幅值很大、宽度很窄。通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关，但是，与充电电流幅值的比值保持不变。
 
      采用某些快速充电止法时，快速充电终止后,电池并未充足电。为了保证充入100%的电量，还应加入补足充电过程。补足充电速率一般不超过0.3C。在补足充电过程中，温度会继续上升，当温度超过规定的极限时,充电器转入涓流充电状态。
 
     存放时,镍氢镍镉电池的电量将按C/30到C/50的放电速率减小,为了补偿电池因自放电而损失的电量，补足充电结束后,充电器应自动转入涓流电过程,涓流充电也称为维护充电。根据电池的自放电特性,涓流充电速率一般都很低。只要电池接在充电器上并且充电器接通电源，在维护充电状态下，充电器将以某一充电速率给电池补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。
 
     九.镍氢镍镉快速充电终止控制方法： 从镍氢镍镉电池快速充电特性可以看出，充足电后，电池电压开始下降，电池的温度和内部压力迅速上升，为了保证电池充足电又不过充电，经常采用定时控制、电压控制和温度控制等多种方法：
     （1）定时控制：
             采用1.25C充电速率时,电池1h可充足；采用2.5C充电速率时，30min可充足。因此,根据电池的容量和充电电流, 很容易确定所需的充电时间。这种控制方法最简单，但是由于电池的起始充电状态不完全相同，有的电池充不足，有的电池过充电，因此，只有充电速率小于0.3C时，才允许采用这种方法。
 
     （2）电压控制：
            在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：
 
            最高电压（Vmax） 从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已足充电。
 
            电压负增量（－ΔV） 由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池已充足电。这种控制方法的缺点是：电池电压出现负增量后，电池已经过充电，因此电池的温度较高。此外鎳氫電池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，过充电较严重。因此，这种控制方法主要适用于镍镉电池。
 
            电压零增量（0ΔV） 鎳氫電池充电器中，为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池，通常采用0ΔV控制法。这种方法的缺点是：充足电以前，电池电压在某一段时间内可能变化很小，从而造成过早地停止快速充电。为此,目前大多数鎳氫電池快速充电器都采用高灵敏－0ΔV检测，当电池电压略有降低时，立即停止快速充电。
 
     （3）温度控制： 
           为了避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电。
           常用的温度控制方法有：
 
           最高温度（Tmax）：充电过程中,通常当电池温度达到45℃时，应立即停止快速充电。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后，同时，电池的最高工作温度与环境温度有关。当环境温度过低时，充足电后，电池的温度也达不到45℃。 
 
           温升（ΔT）：为了消除环境影响,可采用温升控制法。当电池的温升达到规定值后,立即停止快速充电。为了实现温升控制，必须用两只热敏电阻，分别检测电池温度和环境温度。
 
           温度变化率（ΔT/Δt）： 镍氢和镍镉电池充足电后,电池温度迅速上升，而且上升速率ΔT/Δt基本相同,当电池温度每分钟上升1℃时，应当立即终止快速充电，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。
 
           最低温度（Tmin） 当电池温度低于10℃时，采用大电流快速充电，会影响电池的寿命。在这种情况下，充电器应自动转入涓流充电，待电池的温度上升到10℃后，再转入快速充电。
 
     （4）综合控制：
           上述各种控制方法各有优缺点。为了保证在任何情况下，均能准确可靠地控制电池的充电状态，目前镍氢镍镉快速充电器中通常采用包括定时控制、电压控制和温度控制的综合控制法。
 
     十.锂离子/锂聚合物电池充电方法：
         目前锂电池充电主要是限压限流法，初期恒流(CC)充电，电池接受能力最强，随着充电过程不断进行，极化作用加强，温升加剧，电压上升，当荷电达到约70~80%时，电压达到最高充电限制电压，转入恒压(CV)充电阶段。在恒压阶段，有称涓流充电，大约花费30%的时间充入10%的电量，电流强度减小，温升不再增加。
 
          这种过程考虑电池组总电压或平均电压控制，其实总有单体电压较高者，相对组内其它电池已经进入过充电阶段。同理，在放电时，在组内就有过放电电池，过充过放对电池的损害都是致命的,不同之处仅在于过充产生大量气体、易自燃和爆炸、表象剧烈；过放外观变化和缓、但失效速度却极快，在正常使用中都应严格避免出现。
 
         对此,就有一种称为并联控制、均衡管理的新的锂电充电方法,能够对每一节电蕊单独进行充放电管理,均衡控制, 这种动态均衡集中了放电均衡与充电均衡两种均衡的优点，尽管单体电蕊之间初始容量、电压、内阻等有差异，在工作中却能保证相对的充放电强度和深度的一致性，渐进达到共同的寿命终点。这种方法对大电流放电特别适用。
 
          因此，在给锂电池充电时，一定要使用专用的锂电充电器，特别是要注意与所使用的电蕊的参数要配套，要一致，当锂电池组合使用时，一定要给电池组加PCB保护板，才可能避免电蕊豉包,漏液,甚至起火,爆炸，尽可能长地延长电池的使用寿命，不过充不过放，增加电池的循环使用次数。 

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