• 可充电电池的充电道理

    充电电池

      可充电电池的充电原理_信息与通信_工程科技_专业资料。可充电池的充电原理介绍 1 电池的定义 如果电池仅定义为能量储存系统, 则其有可能包括飞轮和时钟发条等元件。 在现代技术 中电池的更精确定义为:能够产生电能的便携、独立化学系统。 一次电池,又叫不

      可充电池的充电原理介绍 1 电池的定义 如果电池仅定义为能量储存系统, 则其有可能包括飞轮和时钟发条等元件。 在现代技术 中电池的更精确定义为:能够产生电能的便携、独立化学系统。 一次电池,又叫不可充电 池或原电池, 从电池单向化学反应中产生电能。 原电池放电导致电池化学成分永久和不可逆 的改变。但可充电池,又叫二次电池,可在应用中放电,也可由充电器充电。所以,二次电 池储存能量,而不是产生能量。 充电和放电电流(安培)通常用电池额定容量的倍数表示, 叫做充电速率(C-rate) 。例如,对于额定为1安时(Ah)的电池,C/10的放电电流等于 1Ah/10 = 100mA。电池的额定容量(Ah 或 mAh)是电池在特定的条件下完全放电所能 储存(产生)的电能。因此,电池的总能量等于容量乘以电池电压,单位为瓦时。 2 电池性能的测试 电池的化学成分和设计共同限制了输出电流。 若没有实际因素限制性能, 电池瞬时可以 输出无穷大电流。限制电池输出电流的主要因素是基本化学反应速率、电池设计,以及进行 化学反应的区域。 某些电池本身具有产生大电流的能力。 如镍镉电池短路电流可大到足以融 化金属和引起火灾。 其它一些电池只能产生弱电流。 电池中所有化学和机械总效应可用一个 数学因数表示,即等效内阻。降低内阻可获得更大电流。 没有电池能永久储存能量。电池 不可避免要进行化学反应并缓慢退化,导致储存电量减少。电池容量与重量(或体积)之比 称为电池的能量密度。高能量密度意味着在给定体积和重量的电池中可存储更多能量。 下表给出了个人电脑和蜂窝电话中可充电池的主要化学成分, 以及其额定电压和能量密 度(以瓦时每千克,或 Wh/Kg 表示) 。 表1. 常用可充电电池化学成分的能量密度 表2. 常用可充电电池化学成分的特性 若一次和二次电池都能达到同样目的, 为什么不总是选择二次电池呢?原因是二次电池 有以下缺点: a 实际中,所有二次电池能量都会因自放电较快的损失 b 二次电池使用前必需充电 3 电池充电 一个新的可充电电池或电池组(一个电池组中有几个电池)不能保证已充满电。事实上 它们很可能已被完全放电。因此,首先要根据制造商提供的、与化学成分相关的指南,对电 池/电池组充电。 每次充电要根据电池化学成分按顺序施加电压和电流。因此,充电器和充 电算法需满足不同电池化学成分的不同要求。电池充电常用术语包括:用于 NiCd 和 NiMH 电池的恒流(CC) ,和用于锂离子和锂聚合物电池的恒流/恒压(CC/CV) 。 图1. 半恒流充电,主要应用于剃须刀,数字无绳电线. 定时器控制充电,主要应用于笔记本,数据终端,无线. -DV 终止充电方式,主要应用于笔记本,数据终端,摄录像机,无线. -dT/dt 终止充电方式,应用于电源设备和电动工具 图5. 涓流充电,主要应用于应急灯,导引灯和存储器备份 表3. 充电方式 表4. 不同化学成分电池充满的判据 如上所示,电池化学成分和充电技术不同,充电终止的判定条件也不同。 3.1 镍镉电池充电 在0.05C 至大于1C 的范围内对 NiCd 电池恒流充电。一些低成本充电器使用绝对温度 终止充电。虽然简单、成本低,但这种充电终止方法不精确。更好的方法是通过检测电池充 满时的电压跌落终止充电。对于充电速率为0.5C 或更高的 NiCd 电池,-ΔV 方法是最有效 的。-ΔV 充电终止检测应与电池温度检测相结合,因为老化电池和不匹配电池可能减少ΔV。 通过检测温升速率(dT/dt)可以实现更精确的满充检测,这种满充检测比固定温度终止对 电池更好。基于ΔT/dt 和-ΔV 组合的充电终止方法可避免电池过充,延长电池寿命。 快速 充电可改善充电效率。在1C 的充电速率下,效率可以接近1.1 (91%) ,充满一个空电池 的时间为1小时多一点。当以0.1C 充电时,效率便下降到1.4 (71%) ,充电时间为14小 时左右。 因为 NiCd 电池对电能接收程度接近100%,所以几乎所有的能量在充电开始的 70%期间被吸收,而且电池保持不发热。超快速充电器利用该特点,在几分钟内将电池充 到70%,以几 C 的电流充电而无热量产生。充到70%后,电池再以较低速率继续充电, 直 到电池充满。最后以0.02C 至0.1C 的涓流结束充电。 3.2 镍氢电池充电 尽管 NiMH 充电器与 NiCd 充电器类似, 但是, NiMH 充电器采用ΔT/dt 方法终止充电, 这是到目前 NiMH 电池充电的最好办法。 NiMH 电池充电结束时电压下降比较小, 而对低充 电速率(低于0.5C,这取于温度)可能不出现电压下降。 新的 NiMH 电池会在充电周期内 过早地出现错误峰值,这会导致充电器过早结束充电。此外,单用-ΔV 检测结束充电几乎肯 定会出现过充,导致在电池失效前限制充放电次数。 似乎没有在所有条件下(新或旧,热 或冷,全部或部分放电)都适用的 NiMH 电池的-dV/dt 充电算法。因此,除非 NiCd 充电 器使用了 dT/dt 方法终止充电,否则不能用 NiCd 充电器为 NiMH 电池充电。而且,因为 NiMH 电池不能很好的吸收过充, 所以, 涓流充电电流比 NiCd 电池小 (约0.05C) NiMH 。 电池的慢充比较困难。因为以0.1C 至0.3C 的速率充电时,电压和温度的变化不能准确指 示电池已充满。 因此, 慢速充电器必须依靠定时器来决定何时结束充电。 以此, 为保证 NiMH 电池充满,应以接近1C 的速率(或电池制造商指定速率)快速充电,同时监控电压(ΔV = 0)和温度(dT/dt)来确定何时结束充电。 3.3 锂离子和锂聚合物电池充电 镍基电池充电器限制电流, 而锂电池充电器则需同时限制电压和电流。 最初的锂电池充 电电压限制在4.10V/节。电压越高意味着容量越大,现在可以通过增加化学添加剂实现 4.20V 电池电压。当前的锂离子电池一般充电到4.20V,容差为±0.05V/节。 当端电压达 到电压阈值并且充电电流降至0.03C (约 Icharge 的3%,参考图6)时表明电池已充满。 多数充电器达到满充的时间约为3小时。尽管某些线性充电器声称 Li+电池充电只需约一小 时,但这类充电器通常在电池端电压达到4.2V 时就终止充电,这种方法只能将电池充到其 容量的70%。 图6. 恒流、恒压充电,主要用于蜂窝电话,无线设备和笔记本电脑。 较高的充电电流并不会使充电时间缩短太多。较高的充电电流能较快达到电压峰值, 但 是浮充需要较长时间。通常,浮充时间是初始充电时间的两倍。

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    2019-10-09 06:56