充電器和充電電池基礎知識
日益發達的(de)便攜式電(dian)子(zi)產品對可充電(dian)電(dian)池的(de)容量(liang)和循環壽命等性(xing)能(neng)要(yao)求越來(lai)越高. 目前(qian)常用的(de)有四(si)大類(lei), 鎳鎘電(dian)(dian)池(chi)(chi)和鉛酸(suan)免維護電(dian)(dian)池(chi)(chi)(簡稱SLA)這兩(liang)類(lei)在(zai)上世紀六十年代(dai)已(yi)經普遍推廣, 鎳氫電(dian)(dian)池(chi)(chi)和鋰離子電(dian)(dian)池(chi)(chi) (含鋰(li)聚合 物電(dian)池)這兩大(da)(da)類(lei)(lei)是近十年才大(da)(da)量商業化使(shi)用. 這四(si)大(da)(da)類(lei)(lei)電(dian)池各有所長, 下(xia)表給(gei)出(chu)了(le)一個(ge)基(ji)本(ben)參(can) 考,不同(tong)電池生(sheng)產廠(chang)家(jia)的具體數值可能有較大差別, 使(shi)用(yong)時咨詢生(sheng)產廠(chang)家(jia), 表中的數據僅供(gong)比較參考使(shi)用(yong)
(下表中(zhong)C為電(dian)池(chi)的標稱容(rong)量, 單(dan)位為AH(安(an)時), A表示充電(dian)恒流(liu)電(dian)流(liu).)
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比較項(xiang)目 |
鉛(qian)酸免維(wei)護電池 |
鎳鎘電池(NICD) |
鎳氫電池(NIMH) |
鋰離(li)子電池(LI-ION) |
能量密度(Wh/kg) |
30 |
40 |
60 |
100 |
循環壽命(次(ci)) |
300 |
800 |
500 |
800 |
工作(zuo)溫度 (°C) |
0~35 |
0~45 |
0~40 |
0~50 |
最(zui)大充電電流(A) |
0.25C |
2C |
1C |
1C |
充電方式 |
恒流后(hou)恒壓 |
恒(heng)流(liu) |
恒流 |
恒(heng)流后恒(heng)壓 |
充電時間 (小時) |
C/A + 2 hours |
C/A + 20% |
C/A + 20% |
C/A × 2 |
人(ren)們當然希望充電(dian)器(qi)能在短時間內充電(dian)完成, 但是由于電(dian)流大且(qie)控制(zhi)難, 這在成本和技術方面都有一定 程度的(de)代價付出. 如果使用條件允(yun)許, 選(xuan)用10~14個小時左(zuo)右充電結(jie)束(shu)的(de)夜晚慢充型充電器會有(you)價格低,體積小巧等優點.
對于在線并連使(shi)用的SLA電(dian)池, 充電(dian)方(fang)式建(jian)議選用2.27V/單(dan)元(對應12V電(dian)池為13.7V)恒壓充電(dian), 這(zhe)種方(fang)案既不會過充(chong)電池(chi), 也有利于穩定設備(bei)電壓. 對于要經(jing)常(chang)離線充(chong)放電使(shi)(shi)用SLA電池(chi)的場合, 應該使(shi)(shi)用先0.2C恒(heng)流, 再(zai)2.45V/單元恒(heng)壓, 電池充(chong)好(hao)后(hou)即(ji)時(shi)進入2.27V/單元恒(heng)壓的"三段式(shi)"充(chong)電方法. 整個充(chong)電時(shi)間約為8到10小時.
NICD電池(chi)允許有一定電流的過充, 因此選用0.1C電流的簡單恒流源充電器可謂(wei)經(jing)濟(ji)實(shi)惠. NIMH電(dian)池對(dui)過充(chong)(chong)電(dian)較為敏(min)感, 即(ji)使(shi)用0.1C的(de)電(dian)流, 如果(guo)充(chong)(chong)電(dian)超過14個小(xiao)時或對(dui)已充(chong)(chong)好的(de)電(dian)池再繼續充(chong)(chong)幾個小時(shi), 對電(dian)(dian)池的壽(shou)命(ming)都有(you)較大(da)損害(hai). 電(dian)(dian)池充(chong)好時(shi)應及時(shi)關斷電(dian)(dian)流(liu)(liu)或將充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)降低到(dao)0.02C以下(xia)是非常重要(yao)的, 即使對0.1C的夜間慢充型NIMH充電器也是如(ru)此(ci).
最(zui)大充(chong)(chong)電電流達到2C左右的智能型快速充(chong)(chong)電器(qi)已經有很多成(cheng)功案例. 這類(lei)充(chong)(chong)電器(qi)一般都必須在充(chong)(chong)電進程的各(ge)階段隨時(shi)監測(ce)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)、溫度(du)等參數,當電(dian)(dian)池快要充(chong)滿電(dian)(dian)時(shi)自動降低充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流倍率(lv),這樣可以將(jiang)電(dian)(dian)池過充電(dian)引起的過溫過壓風險降到最低。
NICD和NIMH兩類電(dian)(dian)(dian)池(chi)的充(chong)電(dian)(dian)(dian)特(te)性非常相似,只(zhi)是NIMH電(dian)(dian)(dian)池(chi)在充(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中發熱更多一些、峰值電(dian)(dian)(dian)壓更不明顯一些。這兩類電(dian)池(chi)在快(kuai)速充電(dian)時(shi)都采用下面(mian)幾種(zhong)條件之一來作為快(kuai)充電(dian)終止的條件:包括電(dian)壓上升斜率(lv)(dV/dt)、電壓負增長(-dV)和電池溫(wen)度上升斜率(dT/dt)。還有三(san)個條(tiao)件(jian)是設置為(wei)異常保護條(tiao)件(jian)下進行動(dong)作的:最(zui)高電(dian)池(chi)溫度、最(zui)高電(dian)池(chi)電(dian)壓和充電(dian)器內置(zhi)定(ding)時(shi)器。要(yao)實現這些監(jian)測(ce)和智(zhi)能(neng)切換動(dong)作,肯定(ding)要(yao)帶來充
電器成本上升,但(dan)是如果沒有這些措(cuo)施(shi),電池(chi)將(jiang)面臨著容量下降、循環(huan)壽命降低(di)甚至漏液爆炸(zha)等安全隱患。.
LI-ION和SLA電池的(de)充電方式較為(wei)相似,都(dou)要(yao)求先恒(heng)流再恒(heng)壓(ya),區別是鋰離(li)子(zi)電池對(dui)充電恒(heng)壓(ya)階(jie)段的(de)電壓精(jing)度要求較高(gao)(<1%)。由于鋰電池的(de)(de)安(an)全性是一個(ge)致命的(de)(de)隱(yin)患,因此要求在充電結束控制和保護方(fang)面要特別小心。對于不同(tong)的應用場合(he),鋰離子電池包都會內置有相應的充放(fang)電保護電路, 以便更安全(quan)的保護電池不會發生(sheng)電池安全事(shi)故。.