浅谈充电电池

风满伞 2013-04-07

展开全文

随着电动设备不断小型化、轻量化和高性能化，作为电源的可充电电池的使用频率日益增高。下面将对电动设备系统中常用的镍镉、镍氢、锂聚合物等电池及其相关充电设备做一介绍。

一、可充电电池的有关技术指标
1.电压
电压是衡量电池性能的指标之一，的可充电电池的电压及其它特性如下表所示
种类电压使用寿命充电温度放电温度备注
镍镉 1.2v 300至700次 0到45摄氏度 -20到60 耐过充过放能力强
镍氢 1.2v 400至1000次10到45摄氏度 -10到45 高容量
锂离子 3.6v 500至800次 0到45摄氏度 -20到60 重量轻，无记忆
锂聚合物 3.7v 200 0到45摄氏度 -20到60 无电解液，形状随意
铅酸 2.1v 200至300次 0到45摄氏度 0到45 寿命长

2.电池的容量和能量
电池的容量是指满电状态的电池放电至截止电压时，可放出的总电量，用电流和时间的乘积来表示。衡量小容量电池时，以mAh为单位；而衡量大容量的铅酸电池等时，用Ah为单位，1000mAh=1Ah。一般AA型镍镉电池的容量为450至480mAh，镍氢电池容量为1000至1300mAh。
电池能量为容量(Ah）与电压（V）的乘积，常用单位为Wh（瓦时）。衡量能量密度的指标为比能量，即单位体积或单位质量电池所能提供的能量，分别用Wh/kg、Wh/L表示。同样体积或质量的电池，能量越高越好;同样能量的电池体积越小、重量越轻越好。镍镉、镍氢、锂离子电池的比能量为40~60Wh/kg、68~80Wh/kg、200~500Wh/kg。
因单体电池容量有限，故常把若干个电池串并联成电池组，以满足不同设备的供电需要。串联是将电池正负极首尾相连，电压相叠加，容量不变。并联是电压不变，容量相叠加的。若采用串并联混联的方式形成的电池组，有降低其内阻，增强放电倍率的效果。

3.充/放电电流
充/放电电流通常以电池容量的倍数（成为C率）来表示。若不考虑电池在充/放电过程中的损耗，充/放电率（C)可表示为：
充/放电率=（充/放电电流的数值）/（电池容量的数值）
若电池额定容量为1100mAh，以1100mA(1C)放电，需持续一小时；以200mA（0.2C）放电，需持续5小时。但这个时间只是理论值，实际时间需通过操作经验来估计。以mp4为例，其工作电流不可能始终恒定在某一数值，会因显示屏、音量、码率等变量的变化发生较大的变化。
同样，额定容量为1100mAh的电池以1100mA(1C)充电，理论上需要1小时才能充满，实际充电时间由电池类型、充电速度、充电量、温度、内阻等因素共同决定。

4.使用寿命
干电池等不能充电，使用寿命只有一次。而可充电电池使用寿命和循环次数有关，其充、放电一次为一个循环。电池允许充放电循环次数越多，使用寿命越长。电池经过多次充放电后，容量会下降，通常降至标称容量60%时的充放电次数为该电池的使用寿命。
一（1）的列表也列出了几种常见充电电池的使用寿命。使用寿命不仅受电池原料、制作工艺等因素影响，还与充放电方法及使用情况有着密切关系。只要使用方法合理，如真正充满电（实际上，当电池容量带到70%左右时，一般充电器上的指示灯或只是标称值便会显示电议充满，因此以这两种方式判断并不可靠）等，电池使用寿命就能达到甚至超过标称值。

二、充电常识及几种电池的满充判断方法
1.记忆效应
在电池充放电过程中，会在电池极板上产生许多小泡。时间一久，这些气泡会减少电池极板面积，从而间接影响电池的容量，这种现象称为记忆效应。镍镉或镍氢电池在未完全放电状态下充电，会因记忆效应导致电池容量下降。锂电池则无记忆效应，即使在未完全放电条件下充电，也不会降低容量。

2.快速充电与涓流充电
用大倍率（0.2~0.8C）在短时间内将电池充满的方法称为快速充电；而用小倍率（小于0.1C）慢速充电的方法叫做涓流充电。涓流充电可采用恒定的小电流，也可用小占空比的脉冲电流。镍镉、镍氢电池在正常充足电后，为补偿其自放电，会改用小电流继续充一段时间。两者的涓流充电率分别为C/16和C/50。

3.镍镉、镍氢电池的充电特性曲线
镍镉、镍氢电池充电电压和温度及内部压力（原因时气泡的产生）随时间变化的曲线如图所示。
当恒定电流充入刚放完电的电池时，由于电池内阻产生压降，电池电压很快上升至A点。此后，电池开始接受电荷，电池电压以较低的速率持续上升。在AB之间，电化学反应以一定的速率产生氧气，同时氧气也以同样的速率与氢气化台，使电池内部的温度和气体压力都很低。经过一定时间至C点，电解液中开始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，使极板的有效面积减小，电池的内阻抗增加。电池电压开始较快上升。这是接近充足电的信号。
充足电后，充入电池的电流不是转换为电池的储能，而是在正极板上产生氧气超电位。氧气是由氢氧化钾和水组成的电解液电解而产生的，不是由氢氧化镉还原为镉而产生的。由于从大量的氢氧离子中比从很少的氢氧化镉中更容易分解出氧气，所以电池内的温度急剧上升，使得电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值D点。电解液中，氧气的产生和复合是放热反应，电池过充电即E点，不停地产生氧气，从而使电池内的温度和压力升高。

4.判断镍镉、镍氢电池充满电的方法
电池充到一定程度应停止充电，否则会因过充电而减低寿命，甚至因内部温度、压力过高而爆炸。镍镉、镍氢电池的充电方法较类似，可以用以下几种方法判定是否充满：
①测量电压随时间的变化率（微小时间内电压变化值/微小时间）。如贴13图所示，镍镉、镍氢电池充满电后，电压升到最高点并持续一段时间（即图D段）后又会下降。这就为判断其是否充满电提供了依据。若连续几次检测到电压值都下降，即电压随时间的变化率为负，且单节电池的电压随时间的变化率大于5mV时（此数值因电池而异，一般取为5~8mA），则可认为电池已充满。而根据设置判断点的不同，镍氢电池也可在电压随时间的变化率=0时，认为电池充满。这两种断电检测发成为“-Δ检测法”和“Δ=0检测法”
②测出电压值与电池电压平均值（测满电电压三次的平均值）相比较：若在1min内电压值持续低于电池电压平均值，则可认为电池充满。
③测量电池温度：镍电池对温度比较敏感，因此在充电过程中应随时检测电池温度（T）及温度随时间的变化率。当电池温度或温度随时间的变化率达到一定值时，表示镍电池已经充满。如电池的温度达到45~50摄氏度或温度随时间的变化率达到0.7~0.8摄氏度/min，应停止充电
以上几种方法中“-Δ检测法”和“温度法”较常用。需注意采用这两种判断方法时，充电倍率最好不低于0.2C，这样才能使电池产生显著的升温和降压，一边判断充电状态

5.判断锂聚合物电池充满电的方法
锂聚合物电池输出电压高、能量比高、放电电压稳定，工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应、可随充随放、废电池易于处理、对环境污染小，尤其是随着电动设备小型化，应用日益广泛。检测锂聚合物电池是否充满电的方法如下：
①锂聚合物电池先以1C进行恒流充电：当电压接近4.2V时，在进行恒压充电。当充电电流低于0.1C时，则可认为锂聚合物电池充满
②测量锂聚合物电池的电池最高安全电压：当充电时测量三次电压的平均值达到电池的最高安全电压时，可认为电池已充满。
③采用安全定时充电法：若充电时间大于预定值，可认为电池已充满。

三、放电特性
镍镉、镍氢电池典型放电特性曲线如图所示，图中1.4V为电池充满电时的电压（断电检测值）。1.2V为额定电压，.09~1.0V为放电终止电压。若电压降到0.9V以下任然继续放电，即为“过放电”会影响电池的使用寿命。
锂电池放电特性曲线与镍电池大致相同，充满电的电压4.2V，3.7V（锂离子电池）或3.6V（锂聚合物电池）为额定电压，截止电压最低为2.75V。

电池容量

电池性能的重要性能指标之一是电池容量，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电

方形锂离子电池

量（可用JS-150D做放电测试），即电池的容量，通常以安培、小时为单位（简称，以A.H表示，1A.h=3600C）电池容量C的计算式为C=∫t0It1dt (在t0到t1时间内对电流I积分).

电池容量按照不同条件分为实际容量、理论容量与额定容量。

在某一放电率下于25℃放电至终止电压所提的最低限度的容量是设计与生产时的规定的电池的容量，这叫做某一放电率RH的额定容量。

电池容量一般以AH(安培小时)计算，另一种是以CELL(单位极板)几瓦(W)计算。(W/CELL)

1.AH(安培小时)计算，放电电池（恒流）I×放电时间（小时)T 。例如7AH电池如果连续放电电流0.35A ，那么时间可连续20小时。

2.充电时间以15小时为标准，充电电流为电池容量的1/10 ，快速充电会减少电池寿命。

电池容量是指电池存储电量的大小。电池容量的单位是“mAh”，中文名称是毫安时（在衡量大容量电池如铅蓄电池时，为了方便起见，一般用“Ah”来表示，中文名是安时，1Ah=1000mAh）。若电池的额定容量是1300mAh，即130mA的电流给电池放电，那么该电池可以持续工作10小时（1300mAh/130mA=10h）；如果放电电流为1300mA，那供电时间就只有1小时左右（实际工作时间因电池的实际容量的个别差异而有一些差别）。这是理想状态下的分析，数码设备实际工作时的电流不可能始终恒定在某一数值（以数码相机为例，工作电流会因为LCD显示屏、闪光灯等部件的开启或关闭而发生较大的变化），因而电池能对某个设备的供电时间只能是个大约值，而这个值也只有通过实际操作经验来估计。

编辑本段 容量单位

一般情况下购买的电池都是事先确定电压的，所以电压确定了，电流越大自然储电能力越强，要是专门用一个参数来表述电容量没必要。

标准的容量单位应该是功，即电池能释放多少能量。

W（功）=P（功率）*T（时间）=I（电流）*U（电压）*T（时间），电流和时间组合在一起成了（安培时）单位。

如电池标称为2500mAH，一般充电电池的电压是1.2V，那么它全部放电所能做的功就是=2.5A*3600S*1.2V=10800J。

编辑本段 测试方式

给一个电池进行恒流恒压充电，然后以恒流放电，放出多少电量就是这个电池的容量，蓄电池，镍氢电池等，但是锂电池就不行，它有个最低放电电压，即放电电压不能低于2.75V，通常以3.0V为下限保护电压。例如锂电池容量是1000mAh,则充放电电流就1000mA,在电池最高电压4.2V内放到3.0V，放出来的容量才是电池最真实的容量。

编辑本段 恢复方法

容量已经减小的充电电池可以用激励法给它充电使充电电池容量恢复到原来的状态，具体做法是:

1. 先把电池的剩余电流放干净：可以用手电或小灯泡放电，直到手电或小灯泡的灯丝发红时停止放电。注意：放电时不要让电池的电压降到0.9V以下。

2. 添加纳米碳溶胶电池活化剂再用100-200mA的电流充电，充到容量的1.5倍。然后马上用5~10Ω的负载(小灯泡或电炉丝)放电。

3. 再次用100-200mA的电流充电，充到容量的1.2倍后再次放电。

4. 如此反复4~5次。从第三次以后，充电电流不要超过100mA，而充电时间不要超过容量的1.2倍。

用这种方法充电，对于一般电解液没有干涸的充电电池，即可恢复电池原来的容量。

编辑本段 建议

每块手机电池的寿命的确是恒定的，由它的充电循环次数决定，一般为400-600次。但用户的使用习惯也会对电池产生较大的影响。不良的使用习惯，比如过度充电、过度放电、高温放置环境等，都会对电池造成不可逆伤害，令电池折寿，有时还可能存在安全隐患。另外，通过关闭闲置程序，合理省电，把每一滴电量都用到刀刃上，在有限的电量里做更有意义的事情。

养成良好的使用习惯，不要等到彻底没电再充电，也不要长时间连续过度充电等。锂离子喜欢浅放浅充。当然，对于一个普通用户来说，要时时记住何时该充电或关闭软件等省电操作非常困难。360省电王可一键智能实现这一目标，并且提供可根据自己实际生活习惯自定义的系统模式，帮助用户更加合理地使用好手机电量。

如何检验手机电池容量的真实程度？

　锂电池的充电方式是限压横流方式，一般充电电流都设定在0.2C。

充放电电流一般用C作参照，C是对应电池容量的数值。电池容量一般用mA表示，如L600的电池容量1800mAh，对应的C就是1800mA。 0.2C就等于240mA。