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充電器和充電電池基礎知識

日益發達的(de)便攜式(shi)電(dian)子產品對可充電(dian)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量和循(xun)環壽命等性能要求(qiu)越來(lai)越高. 目前常用的(de)有(you)四大類, 鎳鎘(ge)電(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)鉛酸免維(wei)護電(dian)(dian)(dian)池(chi)(簡稱SLA)這兩(liang)類在(zai)上(shang)世紀(ji)六十(shi)年代已經(jing)普遍推廣, 鎳氫電(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)池(chi) (含鋰(li)聚合 物電池(chi))這(zhe)兩大(da)(da)類是近十(shi)年(nian)才大(da)(da)量商業化使(shi)用. 這(zhe)四大(da)(da)類電池(chi)各(ge)有所長, 下表給出了一個(ge)基本參 考(kao)(kao),不同電池(chi)生產(chan)廠家(jia)的(de)具體數值(zhi)可能有較大差(cha)別, 使用(yong)時(shi)咨詢生產(chan)廠家(jia), 表中(zhong)的(de)數據僅供比較參考(kao)(kao)使用(yong)

(下表中C為(wei)電池的標稱容量, 單位為(wei)AH(安時), A表示充電恒(heng)流(liu)電流(liu).)

 

 

比較(jiao)項(xiang)目

鉛酸(suan)免維護電池

鎳鎘電池(NICD)

鎳(nie)氫電池(NIMH)

鋰離子(zi)電池(LI-ION)

能量(liang)密度(Wh/kg)

30

40

60

100

循環壽命(次)

300

800

500

800

工作(zuo)溫度 (°C)

0~35

0~45

0~40

0~50

最大充電電流(A)

0.25C

2C

1C

1C

充電方式

恒(heng)流后恒(heng)壓

恒流

恒(heng)流

恒流后恒壓

充電時間 (小(xiao)時)

C/A + 2 hours

C/A + 20%

C/A + 20%

C/A × 2

     人們當(dang)然希望充電(dian)器能在(zai)短(duan)時間內充電(dian)完成, 但是(shi)由于電(dian)流(liu)大且控制難, 這在(zai)成本和技術方面都有一定 程度的代價(jia)付(fu)出(chu). 如果使用(yong)條件允許, 選用(yong)10~14個(ge)小時左右(you)充電(dian)結束的夜(ye)晚慢充型充電(dian)器會有價(jia)格低,體積小巧等(deng)優點.

     對(dui)于在線(xian)并(bing)連使用的(de)SLA電(dian)池, 充電(dian)方式建議選用2.27V/單元(對(dui)應12V電(dian)池為13.7V)恒壓充電(dian), 這(zhe)種方案既不會過充電(dian)(dian)(dian)池(chi), 也有利于(yu)穩定(ding)設(she)備電(dian)(dian)(dian)壓. 對(dui)于(yu)要(yao)經常離線充放電(dian)(dian)(dian)使(shi)用SLA電(dian)(dian)(dian)池(chi)的場合, 應(ying)該(gai)使(shi)用先0.2C恒流, 再2.45V/單(dan)元(yuan)恒壓, 電(dian)池充(chong)好后即時進入2.27V/單(dan)元(yuan)恒壓的(de)"三段式(shi)"充(chong)電(dian)方法(fa). 整個(ge)充(chong)電(dian)時間約(yue)為8到10小時.

     NICD電(dian)池允許有一(yi)定電(dian)流(liu)(liu)的過充(chong), 因此選用0.1C電(dian)流(liu)(liu)的簡單(dan)恒(heng)流(liu)(liu)源充(chong)電(dian)器(qi)可謂(wei)經濟實惠. NIMH電(dian)(dian)(dian)池對(dui)過充(chong)電(dian)(dian)(dian)較(jiao)為(wei)敏感, 即使用(yong)0.1C的電(dian)(dian)(dian)流, 如果充(chong)電(dian)(dian)(dian)超過14個小時或對(dui)已充(chong)好的電(dian)(dian)(dian)池再繼(ji)續充(chong)幾個小時, 對電(dian)(dian)池(chi)的壽命都有較大(da)損害(hai). 電(dian)(dian)池(chi)充好時應(ying)及時關斷電(dian)(dian)流(liu)或將充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)降低到0.02C以下是非常重要的, 即使對0.1C的夜間慢充(chong)型NIMH充(chong)電器也是如此.

     最大充電(dian)電(dian)流達到2C左右的(de)智能(neng)型快速充電(dian)器已經有很多(duo)成功案例. 這類充電(dian)器一般都(dou)必須在充電(dian)進程的(de)各階段隨時監測電池(chi)電壓、溫(wen)度等參數,當電池(chi)快要(yao)充滿電時自動(dong)降低充電電流倍率,這樣可以將電池(chi)過充(chong)電(dian)引(yin)起的過溫(wen)過壓風險降到最低。

     NICD和NIMH兩(liang)類(lei)電(dian)池的充電(dian)特性非(fei)常相似,只是NIMH電(dian)池在充電(dian)過程(cheng)中發熱更多(duo)一些、峰值電(dian)壓更不明顯(xian)一些。這兩類電(dian)(dian)池在快(kuai)速充(chong)(chong)電(dian)(dian)時(shi)都采(cai)用下面幾(ji)種條(tiao)件(jian)之一來作為(wei)快(kuai)充(chong)(chong)電(dian)(dian)終止的條(tiao)件(jian):包括電(dian)(dian)壓上升斜(xie)率(lv)(dV/dt)、電(dian)壓負增(zeng)長(chang)(-dV)和(he)電(dian)池溫度上(shang)升斜率(lv)(dT/dt)。還有三個條件(jian)是(shi)設置為(wei)異常保護條件(jian)下(xia)進行動作(zuo)的:最高電池溫度、最高電池電壓和充(chong)電器內(nei)置定時器。要(yao)實現這些監(jian)測和智能(neng)切換動作(zuo),肯定要(yao)帶來充(chong)

電(dian)器成(cheng)本上升,但是如果(guo)沒(mei)有(you)這(zhe)些(xie)措施,電(dian)池(chi)將(jiang)面臨著容量(liang)下(xia)降、循環壽命降低甚至漏液(ye)爆炸等安(an)全隱患。.

     LI-ION和SLA電(dian)池的充(chong)電(dian)方式較(jiao)為相似,都要求(qiu)先(xian)恒(heng)流(liu)再恒(heng)壓,區(qu)別是鋰離子(zi)電(dian)池對充(chong)電(dian)恒(heng)壓階段的電(dian)壓精度要(yao)求較(jiao)高(<1%)。由于鋰電(dian)池的安全性(xing)是一(yi)個(ge)致命的隱(yin)患,因此要(yao)求在充電(dian)結束控制和保護方面要(yao)特(te)別小心(xin)。對于不(bu)同的(de)應用場合,鋰離子(zi)電池(chi)包都會內置有相應的(de)充放電保護(hu)電路, 以(yi)便更安全的(de)保護(hu)電池(chi)不(bu)會發生電池安(an)全事故。.

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