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充電電池的基本常識
( 發表時間:2011-4-7 10:26:23 )

充電電池的基本常識

(深圳市德工電子科技有限公司) 

一.電壓:

  兩極間的電位差稱為電池的電壓。主要有標稱(額定)電壓、開路電壓、充電終止(截止)電壓和放電終止 (截止)電壓、實際電壓等。電池剛出廠時,正負極之間的電勢差稱為電池的標稱電壓。標稱電壓由極板材料的電極
電位和內部電解液的濃度決定。當環境溫度、使用時間和工作狀態變化時,單元電池的輸出電壓略有變化,此外,電 池的輸出電壓與電池的剩余電量也有一定關系。

常用的電池標稱電壓有:
  鎳鎘鎳氫(NiCd/NiMH): 1.2V 鋰離子鋰聚合物(Li-ion/Lipo):3.7V 堿性碳性柱(LR/R_P):1.5V 堿性扣式(AG): 1.5V 鋰錳扣式柱式(CR) : 3.0V 鋰亞硫酰氯(ER) : 3.6V 鉛酸蓄電池(VRLA): 2.0V 鋅空氣電池(Zinc): 1.2V 電池剛充滿電后的電壓稱為開路電壓;蓄電池充足電時,極板上的活性物質已達到飽和狀態,再繼續充電, 電池的電壓也不會上升,此時的電壓稱為充電終止電壓。實際測得的電池電壓稱為實際電壓。

  鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75~1.8V; 鋰離子電池的充電終止電壓為4.25V; 鎳氫電池的充電終止電壓為1.5V; 鋰聚合物電池的充電終止電壓4.25V; 放電終止電壓是指電池放電時允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后電池繼續放電,電池兩端電壓會 迅速下降,形成深度放電,這樣,極板上形成的生成物在正常充電時就不易再恢復,從而影響電池的壽命。放電終止
電壓和放電率有關。放電電流直接影響放電終止電壓。在規定的放電終止電壓下,放電電流越大,電池的容量越小。

鎳鎘電池的放電終止電壓一般在1.0V-1.1V; 鋰離子電池的放電終止電壓為3.0V

鎳氫電池的放電終止電壓一般規定為1V; 鋰聚合物電池的放電終止電壓3.0V

二.電流:

  蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示,C為蓄電池的標稱(額定)容量。例如,用2A電流對1Ah電池充
電,充電速率就是2C;同樣地,用2A電流對500mAh電池充電,充電速率就是4C。

三.容量:

   電池充足電后,在一定放電條件下,放至規定的終止電壓時,電池放出的總容量稱為電池的標稱(額定)容量。 電池的容量通常用Ah(安時)表示,1Ah就是能在1A的電流下放電1小時。單元電池內活性物質的數量決定單元電池含有 的電荷量,而活性物質的含量則由電池使用的材料和體積決定,通常電池體積越大,容量越高。

四.內阻:

  電池的內阻決定于極板的電阻和離子流的阻抗。在充放電過程中,極板的電阻是不變的,但是,離子流的阻 抗將隨電解液濃度的變化和帶電離子的增減而變化。

五.分類:


 1.按外觀: 分為園柱型、方型、紐扣型、異型、組合型等。
 2.按使用次數: 分為一次電池(不能重復使用,如干電池等),二次電池(可以多次充電循環使用,如鎳氫鋰離子等)。
 3.按材料: 分為鎳鎘鎳氫、鋰離子鋰聚合物、堿性碳性、鋰亞硫酰氯、氧化銀、鉛酸電池等。

六.記憶效應:

  鎳氫鎳鎘電池在使用過程中,如果電量沒有全部放完就開始充電,下次再放電時,就不能放出全部電 量。比如,鎳鎘電池只放出80%的電量后就開始充電,充足電后,該電池也只能放出80%的電量,這種現象稱為鎳氫 鎳鎘電池的記憶效應。記憶效應可用多次的過放電來消除。

七.串聯/并聯:

  當電池組串聯時,電壓疊加,容量不變;當電池組并聯時,容量疊加,電壓不變。

八.充電過程與充電方法:


  電池的充電過程通??煞治こ淶?、快速充電、補足充電、涓流充電四個階段。 對長期不用的或新電池充電時,一開始就采用快速充電,會影響電池的壽命。因此,這種電池應先用小電流 充電,使其滿足一定的充電條件,這個階段稱為預充電。

  快速充電就是用大電流充電,迅速恢復電池電能??燜儷淶縊俾室話閽?C以上,快速充時間由電池容量和充 電速率決定。

  為了避免過充電,一些充電器采用小電流充電。鎳氫鎳鎘電池正常充電時,可以接受C/10或更低的充電速率, 這樣充電時間要10小時以上。采用小電流充電,電池內不會產生過多的氣體,電池溫度也不會過高。只要電池接到 充電器上,低速率恒流充電器就能對電池提供很小的涓流充電電流。電池內產生的熱量可以自然散去。

  快速充電分恒流充電和脈沖充電兩種,恒流充電就是以恒定電流對電流充電,脈沖充電則是首先用脈沖電流對 電池充電,然后讓電池放電,如此循環。電池脈沖的幅值很大、寬度很窄。通常放電脈沖的幅值為充電脈沖的3倍左右 雖然放電脈沖的幅值與電池容量有關,但是,與充電電流幅值的比值保持不變。 采用某些快速充電止法時,快速充電終止后,電池并未充足電。為了保證充入100%的電量,還應加入補足充電 過程。補足充電速率一般不超過0.3C。在補足充電過程中,溫度會繼續上升,當溫度超過規定的極限時,充電器轉入 涓流充電狀態。

  存放時,鎳氫鎳鎘電池的電量將按C/30到C/50的放電速率減小,為了補償電池因自放電而損失的電量,補足充電 結束后,充電器應自動轉入涓流電過程,涓流充電也稱為維護充電。根據電池的自放電特性,涓流充電速率一般都很低。
只要電池接在充電器上并且充電器接通電源,在維護充電狀態下,充電器將以某一充電速率給電池補充電荷,這樣可 使電池總處于充足電狀態。

九.鎳氫鎳鎘快速充電終止控制方法:


  從鎳氫鎳鎘電池快速充電特性可以看出,充足電后,電池電壓開始下降,電池的溫度和內部壓力迅速上升, 為了保證電池充足電又不過充電,經常采用定時控制、電壓控制和溫度控制等多種方法:
?。?)定時控制:
  采用1.25C充電速率時,電池1h可充足;采用2.5C充電速率時,30min可充足。因此,根據電池的容量和充電電流, 很容易確定所需的充電時間。這種控制方法最簡單,但是由于電池的起始充電狀態不完全相同,有的電池充不足, 有的電池過充電,因此,只有充電速率小于0.3C時,才允許采用這種方法。

?。?)電壓控制:
  在電壓控制法中,最容易檢測的是電池的最高電壓。常用的電壓控制法有:

  最高電壓(Vmax) 從充電特性曲線可以看出,電池電壓達到最大值時,電池即充足電。充電過程中,當電池 電壓達到規定值后,應立即停止快速充電。這種控制方法的缺點是:電池充足電的最高電壓隨環境溫度、充電速率而 變,而且電池組中各單體電池的最高充電壓也有差別,因此采用這種方法不可能非常準確地判斷電池已足充電。

 電壓負增量(-ΔV) 由于電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓無關,而且不受環境溫度和充電速率等因素 影響,因此可以比較準確地判斷電池已充足電。這種控制方法的缺點是:電池電壓出現負增量后,電池已經過充電, 因此電池的溫度較高。此外鎳氫電池充足電后,電池電壓要經過較長時間,才出現負增量,過充電較嚴重。因此,這種控制方法主要適用于鎳鎘電池。 電壓零增量(0ΔV) 鎳氫電池充電器中,為了避免等待出現電壓負增量的時間過久而損壞電池,通常采用0ΔV 控制法。這種方法的缺點是:充足電以前,電池電壓在某一段時間內可能變化很小,從而造成過早地停止快速充電。 為此,目前大多數鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏-0ΔV檢測,當電池電壓略有降低時,立即停止快速充電。

?。?)溫度控制:
  為了避免損壞電池,電池溫度過低時不能開始快速充電,電池溫度上升到規定數值后,必須立即停止快速充電。
常用的溫度控制方法有:

  最高溫度(Tmax):充電過程中,通常當電池溫度達到45℃時,應立即停止快速充電。電池的溫度可通過與電池 裝在一起的熱敏電阻來檢測。這種方法的缺點是熱敏電阻的響應時間較長,溫度檢測有一定滯后,同時,電池的最高 工作溫度與環境溫度有關。當環境溫度過低時,充足電后,電池的溫度也達不45℃。
  溫升(ΔT):為了消除環境影響,可采用溫升控制法。當電池的溫升達到規定值后,立即停止快速充電。為了實 現溫升控制,必須用兩只熱敏電阻,分別檢測電池溫度和環境溫度。

  溫度變化率(ΔT/Δt): 鎳氫和鎳鎘電池充足電后,電池溫度迅速上升,而且上升速率ΔT/Δt基本相同,當電池溫度 每分鐘上升1℃時,應當立即終止快速充電,為了提高檢測精度應設法減小熱敏電阻非線性的影響。 最低溫度(Tmin) 當電池溫度低于10℃時,采用大電流快速充電,會影響電池的壽命。在這種情況下,充電器 應自動轉入涓流充電,待電池的溫度上升到10℃后,再轉入快速充電。

(4)綜合控制:


  上述各種控制方法各有優缺點。為了保證在任何情況下,均能準確可靠地控制電池的充電狀態,目前鎳氫鎳鎘 快速充電器中通常采用包括定時控制、電壓控制和溫度控制的綜合控制法。

 
 
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