充電電池的基本常識(shí)

1、充電電池的基本常識(shí)一.電壓：兩極間的電位差稱(chēng)為電池的電壓。主要有標(biāo)稱(chēng)（額定）電壓、開(kāi)路電壓、充電終止（截止）電壓和放電終止（截止）電壓、實(shí)際電壓等。電池剛出廠時(shí)，正負(fù)極之間的電勢(shì)差稱(chēng)為電池的標(biāo)稱(chēng)電壓。標(biāo)稱(chēng)電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。當(dāng)環(huán)境溫度、使用時(shí)間和工作狀態(tài)變化時(shí)，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(guān)系。常用的電池標(biāo)稱(chēng)電壓有：鎳鎘鎳氫(NiCd/NiMH)：1.2V 鋰離子鋰聚合物(Li-ion/Lipo)：3.7V 堿性碳性柱式(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

2、) ：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(chēng)為開(kāi)路電壓；蓄電池充足電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，電池的電壓也不會(huì)上升，此時(shí)的電壓稱(chēng)為充電終止電壓。實(shí)際測(cè)得的電池電壓稱(chēng)為實(shí)際電壓。鎳鎘電池的充電終止電壓為1.751.8V; 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(shí)允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后電池繼續(xù)放電,電池兩端電壓會(huì)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(shí)就不易再恢復(fù)，從而影響電池的壽

3、命。放電終止電壓和放電率有關(guān)。放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)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(guī)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(biāo)稱(chēng)（額定）容量。例如，用2A電流對(duì)1Ah電池充電，充電速率就是2C；同樣地，用2A電流對(duì)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(guī)定的終止電壓時(shí)，電池放出的總?cè)萘糠Q(chēng)為電池的標(biāo)稱(chēng)(額定)容量。電池的容量通常用Ah(安時(shí))表示，

4、1Ah就是能在1A的電流下放電1小時(shí)。單元電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定單元電池含有的電荷量，而活性物質(zhì)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(nèi)阻：電池的內(nèi)阻決定于極板的電阻和離子流的阻抗。在充放電過(guò)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(lèi)：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(shù)：分為一次電池(不能重復(fù)使用,如干電池等),二次電池(可以多次充電循環(huán)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(yīng)：鎳氫鎳鎘電池在

5、使用過(guò)程中，如果電量沒(méi)有全部放完就開(kāi)始充電，下次再放電時(shí)，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(kāi)始充電，充足電后，該電池也只能放出80%的電量，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鎳氫鎳鎘電池的記憶效應(yīng)。記憶效應(yīng)可用多次的過(guò)放電來(lái)消除。七.串聯(lián)/并聯(lián)： 當(dāng)電池組串聯(lián)時(shí)，電壓疊加，容量不變；當(dāng)電池組并聯(lián)時(shí)，容量疊加，電壓不變。八.充電過(guò)程與充電方法：電池的充電過(guò)程通?？煞譃轭A(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個(gè)階段。對(duì)長(zhǎng)期不用的或新電池充電時(shí)，一開(kāi)始就采用快速充電，會(huì)影響電池的壽命。因此，這種電池應(yīng)先用小電流充電，使其滿足一定的充電條件，這個(gè)階段稱(chēng)為預(yù)充電?？焖俪潆娋褪怯么箅娏鞒潆姡杆倩謴?fù)電池電

6、能?？焖俪潆娝俾室话阍?C以上，快速充時(shí)間由電池容量和充電速率決定。為了避免過(guò)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(shí)，可以接受C/10或更低的充電速率，這樣充電時(shí)間要10小時(shí)以上。采用小電流充電，電池內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的氣體，電池溫度也不會(huì)過(guò)高。只要電池接到充電器上，低速率恒流充電器就能對(duì)電池提供很小的涓流充電電流。電池內(nèi)產(chǎn)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(duì)電流充電，脈沖充電則是首先用脈沖電流對(duì)電池充電,然后讓電池放電，如此循環(huán)。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(guān)，但是

7、，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(shí)，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(yīng)加入補(bǔ)足充電過(guò)程。補(bǔ)足充電速率一般不超過(guò)0.3C。在補(bǔ)足充電過(guò)程中，溫度會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)溫度超過(guò)規(guī)定的極限時(shí),充電器轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)。存放時(shí),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(bǔ)償電池因自放電而損失的電量，補(bǔ)足充電結(jié)束后,充電器應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流電過(guò)程,涓流充電也稱(chēng)為維護(hù)充電。根據(jù)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(hù)充電狀態(tài)下，充電器將以某一充電速率給電池補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。九.鎳氫鎳

8、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(kāi)始下降，電池的溫度和內(nèi)部壓力迅速上升，為了保證電池充足電又不過(guò)充電，經(jīng)常采用定時(shí)控制、電壓控制和溫度控制等多種方法：（1）定時(shí)控制：采用1.25C充電速率時(shí),電池1h可充足；采用2.5C充電速率時(shí)，30min可充足。因此,根據(jù)電池的容量和充電電流,很容易確定所需的充電時(shí)間。這種控制方法最簡(jiǎn)單，但是由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過(guò)充電，因此，只有充電速率小于0.3C時(shí)，才允許采用這種方法。（2）電壓控制： 在電壓控制法中，最容易檢測(cè)的是電池的最高電壓。常用的電壓控制法有：最高電壓（Vmax

9、） 從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充足電。充電過(guò)程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止快速充電。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池充足電的最高電壓隨環(huán)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(zhǔn)確地判斷電池已足充電。電壓負(fù)增量（V） 由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓無(wú)關(guān)，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準(zhǔn)確地判斷電池已充足電。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，才出現(xiàn)負(fù)增量，過(guò)充電較嚴(yán)重。因此，這種控制方法主要適用于

10、鎳鎘電池。電壓零增量（0V） 鎳氫電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時(shí)間過(guò)久而損壞電池，通常采用0V控制法。這種方法的缺點(diǎn)是：充足電以前，電池電壓在某一段時(shí)間內(nèi)可能變化很小，從而造成過(guò)早地停止快速充電。為此,目前大多數(shù)鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏0V檢測(cè)，當(dāng)電池電壓略有降低時(shí)，立即停止快速充電。（3）溫度控制： 為了避免損壞電池,電池溫度過(guò)低時(shí)不能開(kāi)始快速充電，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)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(guò)程中,通常當(dāng)電池溫度達(dá)到45時(shí)，應(yīng)立即停止快速充電。電池的溫度可通過(guò)與電池裝在一起的熱敏電阻來(lái)檢測(cè)。這種方法的缺點(diǎn)是熱敏電阻的響

11、應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，溫度檢測(cè)有一定滯后，同時(shí)，電池的最高工作溫度與環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，充足電后，電池的溫度也達(dá)不到45。 溫升（T）：為了消除環(huán)境影響,可采用溫升控制法。當(dāng)電池的溫升達(dá)到規(guī)定值后,立即停止快速充電。為了實(shí)現(xiàn)溫升控制，必須用兩只熱敏電阻，分別檢測(cè)電池溫度和環(huán)境溫度。溫度變化率（T/t）： 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T/t基本相同,當(dāng)電池溫度每分鐘上升1時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即終止快速充電，為了提高檢測(cè)精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。最低溫度（Tmin） 當(dāng)電池溫度低于10時(shí)，采用大電流快速充電，會(huì)影響電池的壽命。在這種情況下，充電器應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電，待電

12、池的溫度上升到10后，再轉(zhuǎn)入快速充電。（4）綜合控制：上述各種控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了保證在任何情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控制電池的充電狀態(tài)，目前鎳氫鎳鎘快速充電器中通常采用包括定時(shí)控制、電壓控制和溫度控制的綜合控制法。十.鋰離子/鋰聚合物電池充電方法：目前鋰電池充電主要是限壓限流法，初期恒流(CC)充電，電池接受能力最強(qiáng)，隨著充電過(guò)程不斷進(jìn)行，極化作用加強(qiáng)，溫升加劇，電壓上升，當(dāng)荷電達(dá)到約7080%時(shí)，電壓達(dá)到最高充電限制電壓，轉(zhuǎn)入恒壓(CV)充電階段。在恒壓階段，有稱(chēng)涓流充電，大約花費(fèi)30%的時(shí)間充入10%的電量，電流強(qiáng)度減小，溫升不再增加。這種過(guò)程考慮電池組總電壓或平均電壓控制，其實(shí)總有單體電壓較高者，相對(duì)組內(nèi)其它電池已經(jīng)進(jìn)入過(guò)充電階段。同理，在放電時(shí)，在組內(nèi)就有過(guò)放電電池，過(guò)充過(guò)放對(duì)電池的損害都是致命的,不同之處僅在于過(guò)充產(chǎn)生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈；過(guò)放外觀變化和緩、但失效速度卻極快，在正常使用中都應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)。對(duì)此,就有一種稱(chēng)為并聯(lián)控制、均衡管理的新的鋰電充電方法,能夠?qū)γ恳还?jié)電蕊單獨(dú)進(jìn)行充放電管理,均衡控制,這種動(dòng)態(tài)均衡集中了放電均衡與充電均衡兩種均衡的優(yōu)點(diǎn)，盡管單體電蕊之間初始容量、電壓、內(nèi)阻等有差異，在工作中卻能保證相對(duì)的充放電強(qiáng)度和深度的一