可充电电池的充电原理.pdf

可充电池的充电原理介绍 1 1 11 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 2 22 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 3 33 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，数字无绳电话和玩具 图2. 定时器控制充电，主要应用于笔记本，数据终端，无线设备和蜂窝电话 图3. -DV终止充电方式，主要应用于笔记本，数据终端，摄录像机，无线设备和蜂窝电话 图4. -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 3.1 33..11 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