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有关充电电池不得不说的几个问题

来源:钜大LARGE    2019-08-12    点击量:194
有关充电电池不得不说的几个问题

1,认识记忆效应

电池记忆效应是指电池的可逆失效,即电池失效后可重新回复的性能。记忆效应是指电池长时间经受特定的工作循环后,自动保持这一特定的倾向。这个最早定义在镍镉电池,镍镉的袋式电池不存在记忆效应,烧结式电池有记忆效应。而现在的镍金属氢(俗称镍氢)电池不受这个记忆效应定义的约束。

因为现代镍镉电池工艺的改进,上述的记忆效应已经大幅度的降低,而另外一种现象替换了这个定义,就是镍基电池的“晶格化”,通常情况,镍镉电池受这两种效应的综合影响,而镍氢电池则只受“晶格化”记忆效应的影响,而且影响较镍镉电池的为小。

在实际应用中,消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程。操作不当会适得其反。

对于镍镉电池,正常的维护是定期深放电:平均每使用一个月(或30次循环)进行一次深放电(放电到1.0V/每节,老外称之为exercise),平常使用是尽量用光电池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成,但这个不是exercise,因为仪器(如手机)是不会用到1.0V/每节才关机的,必须要专门的设备或线路来完成这项工作,幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能。

对于随身听这种电池需要串联使用的设备,即便是同一型号的电池内阻也不可能完全一样,所以放电时,串连的两节(或多节)电池的放电水平是不一样的。以我的随身听为例,随身听停止工作的电压大约在2v左右,但两节电池的终止电压一节为1.2v,另一节为0.8v。

对于长期没有进行exercise的镍镉电池,会因为记忆效应的累计,无法用exercise进行容量回复,这时则需要更深的放电(老外称recondiTIon),这是一种用很小的电流长时间对电池放电到0.4V每节的一个过程,需要专业的设备进行。

对于镍氢电池,exercise进行的频率大概每三个月一次即可有效的缓解记忆效应。因为镍氢电池的循环寿命远远低于镍镉电池,几乎用不到recondiTIon这个方法。

建议1:每次充电以前对电池放电是没有必要,而且是有害的,因为电池的使用寿命无谓的减短了。

建议2:用一个电阻接电池的正负极进行放电是不可取的,电流没法控制,容易过放到0V,甚至导致串联电池组的电池极性反转。


2,电池需要激活吗

回答是电池需要激活,但这不是用户的要做的事。在锂离子电池的生产厂,锂离子电池在出厂以前要经过如下过程:

锂离子电池壳灌输电解液、封口、化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行几个循环,使电极充分浸润电解液,充分活化,以容量达到要求为止,这个就是激活过程;分容,就是测试电池的容量选取不同性能(容量)的电池进行归类,划分电池的等级,进行容量匹配等。这样出来的锂离子电池到用户手上已经是激活过的了。我们大家常用的镍镉电池和镍氢电池也是如此化成激活以后才出厂的。其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,这个工序也只可能有电芯生产厂家来完成了。

这里存在一个问题,就是电池厂出厂的电池到用户手上,这个时间有时会很长,短则1个月,长则半年,这个时候,因为电池电极材料会钝化,所以厂家建议初次使用的电池最好进行3~5次完全充放过程,以便消除电极材料的钝化,达到最大容量。

在2001年颁布的三个关于镍氢。镍镉和锂离子电池的国标中,其初始容量的检测均有明确规定,对电池可以进行5次深充深放,当有一次符合规定时,试验即可停止。这很好的解释了我说的这个现象。

那么称之为“第二次激活”也是可以的,用户初次使用的“新”电池尽量进行几次深充放循环。


3,前三次要充12小时吗

这个问题是紧扣上面的电池激活问题的,姑且设出厂的电池到用户手上有电极钝化现象,为了激活电池进行深充深放电循环3次。其实这个问题转化为深充是不是就是要充12个小时的问题。答案是不需要充12小时。

早期的镍氢电池因为需要补充和涓流充电过程,要达到最完美的充饱状态,可能需要5个小时左右,但是也是不需要12个小时的。而锂离子电池的恒流恒压充电特性更是决定了它的深充电时间无需12个小时。

对于锂离子电池有人会问,既然恒压阶段锂离子电池的电流逐渐减小,是不是当电流小到无穷小的时候才是真正的深充。电池恒压阶段电流减小对时间的曲线,可以用1/x的函数方式接近于零电流,实际测试时因为锂离子电池本身存在的自放电现象,这个零电流是永远不可能到达的。

以600mAh的电池为例,设置截至电流为0.01C(即6mA),它的1C充电时间不超过150分钟,那么设置截至电流为0.001C(即0。6mA),它的充电时间可能为10小时---这个因为仪器精度的问题,已经无法精确获得,但是从0.01C到0.001C获的容量经计算仅为1.7mAh,以多用的7个多小时来换取这仅仅的千分之三不到的容量是没有任何实际意义的。

何况,还有其它的充电方式,比如脉冲充电方式使锂离子电池来达到4.2V的限制电压,它根本没有截止最小电流判断阶段,一般150分钟后它就是100%充饱了。许多手机都是用脉冲充电方式的。

所谓恒压阶段电流减小其真正的目的就是逐渐减小在电池内阻上因充电电流而产生的附加电压,当电流小到0.01C,比如6mA,这个电流乘与电池内阻(一般在200毫欧之内)仅为1mV,可以认为这时的电压就是无电流状态的电池电压。


4,充电电池有最佳状态吗

有一种说法就是,充电电池使用得当,会在某一段循环范围出现最佳的状态,就是容量最大。这个要分情况,密封的镍氢电池和镍镉电池,如果使用得当(比如定期的维护,防止记忆效应的产生和累计),一般会在100-200个循环处达到其容量的最大值,比如出厂容量为1000mAh的镍氢电池用了120次循环后,其容量有可能达到1100mAh。几乎所有的日本镍氢电池生产商的技术规格书中描述镍基电池的循环特性的图上都能看到这样的描述。

对于液态锂离子电池,却根本不存在这样一个循环容量的驼峰现象,从锂离子电池出厂到最终电池报废为止,其容量的表现就是用一次少一次。对锂离子电池做循环性能的时候也从来没有看到过有容量回升的迹象。

值得一提的是,锂离子电池更容易受环境温度的变化而表现不同的性能,在25~40度的环境温度会表现其最好性能,而低温或高温状态,性能就大打折扣了。要使你的锂离子电池充分展现它的容量,一定要细心的注意使用环境,防止高低温现象,比如手机放在汽车的前台上,中午的太阳直射很容易就可以使其超过60度,北方的用户的电池待机时间,同等网络情况下,就没有南方的用户长了。


5,真的是充电电流越大,充电越快吗

对于恒流充电的镍基电池,可以这么说,而对应锂离子电池,这个是不完全正确的。

对于锂离子电池的充电,在一定电流范围内(1.5C~0.5C),提高恒流恒压充电方式的恒流电流值,并不能缩短充饱锂离子电池的时间。


6,循环充放电一次就是少一次寿命吗

循环就是使用,我们是在使用电池,关心的是使用的时间,为了衡量充电电池的到底可以使用多长时间这样一个性能,就规定了循环次数的定义。实际的用户使用千变万化,因为条件不同的试验是没有可比性的,要有比较就必须规范循环寿命的定义。

国标如是规定锂离子电池的循环寿命测试条件及要求:在25度室温条件下以恒流恒压方式1C的充电制度充电150分钟,以恒流1C的放电制度放电到2.75V截止为一次循环。当有一次放电时间小于36分钟时试验结束,循环次数必须大于300次。

解释:

A这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的

B规定了循环寿命按照这个模式执行后必须超过300次以后容量仍然有60%以上

同样,对于镍氢和镍铬电池,一般厂商都注有充电次数,也是这个原因。

7,电池容量越高越好吗

不同型号(特别是不同体积)的电池,他的容量越高,提供使用的时间越长。抛开体积和重量的因素,当然容量越高越好。

但是同样的电池型号,标称容量(比如600mAh)也相同,实际测的初始容量不同:比如一个为660mAh,另一个是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好吗?

实际情况可能是容量高的是因为电极材料中多了增加初始容量的东西,而减少了电极稳定用的东西,其结果就是循环使用几十次以后,容量高的电池迅速容量衰竭,而容量低的电池却依然坚挺。许多国内的电芯厂家往往以这个方式来获得高容量的电池。而用户使用半年以后待机时间却是差得一塌糊涂。

民用的那些AA镍氢电池,一般是1400mAh,却也有标超高容量的(1600mAh),道理也是一样。


8,充饱的电池进行存储好吗

镍氢电池和镍镉电池几乎没有存储后电量减少的现象,长期存储的镍基电池在进行几个深充深放以后就可以恢复其原始容量了。

锂离子电池有一个特性非常不好,就是锂离子电池的时效(或称老化,老外称为aging),就是锂离子电池在存储一段时间后,即使不进行循环使用,其部分容量也会永久的丧失,这是因为锂离子电池的正负极材料从一出厂就已经开始了它的衰竭历程。不同的温度和电池充饱状态,其时效后果不同,以下数据摘自参考文献[1],以容量的百分比形式列出:

存储温度--40%充电状态-------100%充电状态

0度-------98%(一年以后)-----94%(一年以后)

25度------96%(一年以后)-----80%(一年以后)

40度------85%(一年以后)-----65%(一年以后)

60度------75%(一年以后)-----60%(3个月以后)

由此可见,存储温度越高和电池充的越饱,其容量损失就越厉害。所以不推荐长期的保存锂离子电池,反之,厂家应该象对待腐烂的食物一样将其回收。用户要密切留意电池的生产日期。


9,充电器充满指示灯亮了以后在多充一个小时有用吗(有的充电器是指示灯灭,如三洋……正充电呢,看不到型号=_=)

指示灯只是一个指示,真正充饱与否在于充电器对电池充电过程的控制和判断。以4.2V的锂离子电池为例讨论这个问题。

首先是控制,控制对电池的输出是先恒流,后恒压(电流逐渐减小)。大部分锂离子电池充电器都是这种控制方式,而镍氢和镍铬的新式充电器,如三洋,也是用这种方式。但有些低价充电器,像我身边很多人在用的劲牛003,则只是恒流,没有电压截止判断。

然后是判断,判断电流小于某个电流值时,显示绿灯,因为模数转换的精度和本身的电压精度是受限制的,此时显示绿灯,那么电池确实离它真正的充饱还有约10%不到(不同品牌和算法,结果不同)。

现在的问题是充电器接下去在干什么:

A。如果接下去,充电器彻底关断充电回路,没有继续进行恒压充电,那么在座充上再放置10个小时也是于事无补。许多的充电器设计方案就是这样的,比如TI(德州仪器)的BQ2057系列充电芯片,linear(凌特)的LT1800系列都是如此。

B。充电器继续进行恒压充电,并严格控制电压不超出4.2V,无疑再多充一个小时,确实可以增加电池的容量。

C。充电器继续充电,但是它的电流控制很糟糕,不小心就使电池超出了4.2V,而且继续往上跑。因为锂离子电池不能吸收任何过充。持续对电池施加电流,就会造成这个后果,那么过充就发生了。这个当然是设计不好的充电器,比如常见的即可充锂离子电池又可充镍氢电池的十几块钱的“蛋充”。

D。还有一种充电管理芯片,比如maxim(美信)的1679芯片,与许多手机充电管理相同,它采用脉冲方式充电,它在显示绿灯的时候,就是锂离子电池已经100%充饱了,当然再放置一个小时,它也不会过充,显然又是在做无用功。

用户实际上不知道指示灯亮了以后充电器到底在干什么,A或B或D,都有可能,说明书不写这些东西的。排除不合格的充电器,我们其实应该相信合格和原装的座充,指示灯亮着的话,为什么不取下来用呢?这对用户实际没有什么太大的影响,充的不饱又不影响循环寿命(如上第7点所述),95%的容量也是可以接受的。除非有爱好者能深入分析自己的座充到底是以那种方式的在充电,否则还是亮灯后就取下来用吧。


10一些与充电器和电池本身有关的问题

环境温度对电池性能有何影响?

在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响。但温度太高,超过45,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应。


11,不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题?

澳门葡京百家乐如果将不同容量或新旧电池混在一起使用,有可能出现漏液,零电压等现象。这是由于充电过程中,容量差异导致充电时有些电池被过充,有些电池未充满电,放电时有容量高的电池未放完电,而容量低的则被过放。如此恶性循环,电池受到损害而漏液或低(零)电压。


过充电的控制方法有哪些?

为了防止电池过充,需要对充电终点进行控制,当电池充满时,会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。一般有以下六种方法来防止电池被过充:

1峰值电压控制:通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点

2dT/dt控制:通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点

3T控制:电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大

4-V控制:当电池充满电达到一峰值电压后,电压会下降一定的值

5计时控制:通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制

6TCO控制:考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高60时应当停止充电


什么是过充电?对电池性能有何影响?

过充电是指电池经一定充电过程充满电后,再继续充电的行为。

由于在设计时,负极容量比正极容量要高,因此,正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合。故一般情况下,电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形,漏液,等不良现象。同时,其电性能也会显着降低。


什么是过放电?对电池性能有何影响?

电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压。032C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大。一般而言,过放电会使电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减。



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