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电池快充的原理是什么? |

 pgl147258 2015-04-11

【玛丽卢的回答(43票)】:

快充就是大电流充电~可以加快充电时间

下面我再说一下这个锂电池充电过程~~~

上图中横坐标为 上图中横坐标为时间,纵坐标为锂电池电压。由于锂电池的特殊性,过压或者欠压都会导致电池报废,所以现在的锂电池充放电保护电路原理就是测量锂电池电压,再根据电压判断锂电池是否处于正常状态(非过压、非欠压)。

锂电池的充电电流如上图粉红色线所示。锂电池的充电分为三个阶段,分别是恒流预充电大电流恒流充电恒压充电

当电压低于3.0V时,充电器会采用100mA电流对锂电池进行预充电,就是上图C C Pre-charge阶段,中文名字叫恒流预冲电阶段,目的是慢慢恢复过放电的锂电池,是一种保护措施来的。合格的充电器都会有这个充电阶段。

然后与问题有关的就来了。当锂电池电压高于3.0V时,就进入到第二阶段,大电流恒流充电阶段(C C Fast charge)。由于锂电池经过第一阶段的预充,其状态已经比较稳定了(预充阶段的作用可以这样理解~但并不严谨)。所以在第二阶段,充电电流就可以适当提高,根据不同的电池来说,这个电流的大小可以从0.1C到几C不等,其中C是指电池容量,如2600mAh的锂电池,0.1C就是指260mA大小的电流。

在这一个充电阶段中,国家建议的标准充电是用0.1C电流进行充电的,这个就是标准充电。不过标准充电这个标准由于提出的时间很早,十几年前的就提出来。那时候因为锂电池技术远远不如现在稳定(不允许大电流充电),所以才会有这样一个标准~~~采用标准充电的唯一好处就是充电过程稳定,发生爆炸之类的几率非常小;缺点就是费时间!!!

而快速充电,就是指在这个阶段用大于0.1C的电流进行充电。如果锂电池容量为2600mAh,那么标准充电的电流为260mA,只要充电电流大于260mA,就可以定义为快速充电了。不过就从目前的锂电池水平与充放电管理芯片的水平来说,用1C的电流充电都没问题。所以快速充电也没有想象中的那么危险。一般快速充电的充电电流为0.2~0.8C,所以快速充电还是安全的。由于近几年来的提升,现在的充电器基本上都是快充类型的。

而锂电池充电的最后一个阶段为恒压充电阶段,这个阶段就是检测到锂电池电压等于4.2V时,充电器则进入恒压充电模式,这个阶段充电电压恒定为4.2V,充电电流则越来越小(慢慢充满了,电流肯定变小~)。当充电电流小于100mA时,就判断电池充满,切断充电电路。

这一阶段的特性,也可以解释为什么手机指示充满电后,拔出USB线再插进去,手机又显示继续充电。

另外,需要说一下的是:以上的充电是针对于单节锂电池的最理想充电过程,目前的合格锂电池充放电保护板都是这样子工作的。

电瓶车的电瓶一般有铅酸蓄电池和锂电池两种。这些电瓶都是由若干的电池成组而成的(铅酸蓄电池类型的由6个或者8个串并联组成;锂电池类型的则由若干个锂电池串并联组成)。而涉及到电池组的充电方式,这里又有另外的一个大问题了,就是电池均衡问题。关于电池均衡问题,我在这里不再详说,百度一下就可以了。我只能说目前的绝大多数电瓶车电池都没有电池均衡管理,所以这个导致了电池组的寿命远远不如单个电池的寿命,这也解释了为什么电瓶车的电池不耐用,一年左右就报废了~~~同时也解释了当前电动汽车发展的困境就是电池成组技术的限制。

简单来说结论就是:快速充电是指充电电流大于0.1C的充电方式,这种充电方式对于单个锂电池来说,对寿命与稳定性等的影响非常小;但是如果对于电瓶车电池组来说的话,快充就是用时间换取电池寿命的一种行为。

最后要说的是:使用标配充电器对电瓶车充电没问题;但是对于那些打着10分钟充满电的充电站来说,就要注意了,使用这些充电站绝对大大影响电池寿命。

另外,对于电池组来说,电池均衡意义更重要。快充对电池组的寿命有影响正是因为电池组均衡问题没有解决。

【ArthurWang的回答(0票)】:

会!快充简单说就是加大电流,对电池会有很大损害的。

【陈小恒的回答(3票)】:

@李启帆 邀。

答主对电瓶车快速充电不了解,这里简单介绍一下目前手机上的快充技术,希望能够达到抛砖引玉的效果,让专业从事快充的工程师来进一步介绍快充技术的特点和原理。因为答主实际上也没有做过快充的方案,因此只是通过对网上搜集的资料进行整理得出本答案的具体内容。因为是科普性质介绍,所以本文无意过多介绍内部转换器的开关工作原理。

一.首先介绍下目前一般手机充电器的工作过程:

手机充电器实际上是一个AC/DC转换器(即通过整流桥、控制IC、输出滤波电路等一些元器件组成的把市电220VAC的电压转换为5V输出的电路)。

图1 图片来自昂宝一款用于手机充电器的原边反馈AC/DC控制器的典型方案

图2 图片是实际充电器的内部结构

目前大多数手机充电器都是按照先恒流充电,后恒压充电的工作顺序。即刚开始充电时由于电池电压较低,控制器(即图1中OB2520)检测FB电压后控制整体电路工作在恒流模式。这时充电器以一个固定电流(图中ICC=1A)给电池负载充电。当充电器持续以1A电流充电时,电池电压逐渐上升(图中垂直于横轴的线段)。当Vo电压被充到接近5V时,控制器退出恒流模式,开始以5V的恒压给电池充电(图中平行于横轴的线段),电池电压继续上升,充电电流逐渐减小。整个工作过程如图3逆时针红色箭头所示的。

图3 充电器工作时序

二.为什么有的充电器充电很快,为什么有的充电器充了好几个小时还不能充满?

市场上的手机买来时都会标配一个充电器,如果仔细看的话会发现充电器上都会有规格介绍。

图4 充电器实物图

图4中可以看到这款充电器的输出电流是2A,而市面上比较多的还是1A和1.5A的充电器。这些充电器的输出电流不同直接影响了输出功率,也影响了充满一块电池的时长。而一般电脑主板上usb的额定电流也只有500mA,所以对大容量手机电池充电的时候会遇到手机充电器三个小时就能充满的手机,在电脑上四五个小时还没充满的情况。

三.什么是快速充电:

由于现在手机屏幕越来越大,分辨率越来越高,手机耗电量也越来越大,促使手机电池容量越来越大(如华为Mate7电池为4100mAH)。带来的负面影响就是如果不改变电池充电策略,手机充电的的时间也会越来越长。上面第二部分提到了,不同输出电流的充电器充电快慢不一样,我们可以推出一个结论,充电电流越大越好,这样可以得到更短的充电时间。但实际上大的充电电流会带来一些问题。我们知道充电器需要一根usb延长线来连接充电器和手机,而实际上usb延长线并不是理想导体。在控制器工作恒流大电流时usb延长线就会有(I^2)*R的损耗(假如导线电阻1欧姆,2A电流,导线上的损耗相当可观)。为了加快充电速度就必须大电流,而大电流会带来大的损耗,这里就需要折中考量。因此为了加快充电速度,仅仅增大输出电流显然是不可取的。

目前市面上量产的快充方案,以高通Quick Charge 2.0为例。已经量产的小米4充电器采用了5V/2A、9V/1.2A、12V/1A的规格。充电器检测输出端的充电状况控制充电器输出功率在这三种状态中切换,实现最大限度提升速度的同时有效减小输出电流来降低usb延长线上的功率损耗。而看到这里已经可以知道快速充电不是简单的增大输出电流这种粗暴的手段。

图5 采用高通快充标准的小米4充电器

市场对于快速充电这一发展方向有不错的认可度。而实际已经有多款手机采用了快速充电技术,而且不仅限于高通的快充标准。比如三星的盖世Note4, OPPO Find7,小米手机4,新MOTO X等一些手机都支持快速充电技术。

【LeonIngol的回答(0票)】:

排名第一的答案说的很详细了。补充几点:锂电池不能冲的很满,因为冲的满会导致阴极阳极见的隔离层被形成的dendrite穿透,这样子电池就废了。真正在使用中对电池影响寿命的是散热管理和单个电池的充放电管理,也就是均衡管理。过快速的充电会散发大量的热,肯定会减少电池使用寿命,但是在平时使用中不科学的管理模式对电池的损伤其实更大

【金赛尔的回答(0票)】:

近年来,电动车己进入千家户/电动车铅酸蓄电池由于其制造成本低、容量大,价格低廉而受到了广泛的使用。但是充电时太长.续行公里短.给消费者带来不便,但若使用不当,其寿命将大大缩短,影响铅酸蓄电池寿命的因素很多,充电方式就是其中一个主要因素

原文地址:知乎

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