使用在急速充电里预防过充电的侦测方法.doc

使用在急速充电里预防过充电的侦测方法,比较常见的有定电压控制,温度上升控制以及控制,或者三种方式混合使用. 定电压控制 当侦测到电池电压上升到设定的电压准位时就停止充电.这种方式是最简单的方式,只要根据电池特性知道电池的电压上升曲线,就可以将侦测电压设为最接近充饱时的准位,不同款式的电池充饱时之电压准位不大一样,新旧电池特性也不一样,用此方法比较无法设定理想电压.这种方式虽然简单但也相当危险,前面说过温度较高时电池电压会降低,以大电流充电更是会提高电池温度,如此电池有可能已经充饱但是电压却尚未达到设定的准位,且电池充饱后电压不再上升而开始下降,如此的过充电后果相当严重,若加上电池发生内部短路充电器未具备保护电路时,一旦电流过大造成危险后果不堪设想,因此在此方式进行充电期间,使用者必须加以留意. 温度上升控制 电池容量充到饱和时产生的氧气会在阴极和镉反应产生氧化热,电池的温度会开始快速上升,利用此现象侦测到温度到达某程度时既结束充电.在同样的充电量下充电电流越大此上升的温度也越高,因此若充电电流过大时,达到预定之温度时电池可能尚未饱和,但是电流若太小,则氧化吸收快温度就不会明显上升,充电动作就会一直持续下去而不知终止.此外这种方式会受周遭温度影响,无法判别电池的温度是内部自行产生的化学热,还是由周遭环境引起的高温而误判,因此此方式在高温的环境下会充电不足而低温的环境会充电过度. 控制 充电时电池的电压会随著充电容量的增加而升高,当充电容量达到饱和时,电压上升到峰值,并转而开始缓慢下降.利用此电压下降的特性可以用来控制充电终止,待电压下降幅度达到时即停止充电,通常1.2V的镍镉电池其下降幅度差不多会有20mV以上(实际之数据得参考电池规格),在充电过程可以以电表明显的观察出来.电池电压的充电曲线受到充电电流与温度的影响,在同样的充电容量下,电流越大或温度越低时,电压上升的幅度较大,下降的幅度也比较明显.电流越小或温度越高时,电压上升的幅度较小,下降的幅度也较为平坦不易分辨.因此控制方式比较适用在急速充电的方式里,且为了避免温度的影响使侦测失灵,通常配合温度上升控制使用,以防止过充电. 镍镉电池若经保存过久未使用,或者已经日薄西山,那麼初次再行充电的前几分钟,会发生电压不但充上去且还往下降的情形然后再上升的情形,因而造成的误判而终止充电.控制方式是较佳的控制方式,特性不同的电池仍能可利用的特性来对电池作完全充电,比较不用再担心电压控制设或温度设定出问题而伤害电池. 目前许多高级的微电脑控制型充电器都是使用此种控制方式,且价格比一般充电器昂贵,有些虽然打著的名号,实际上其控制程式以及充电电路设计得并不怎好,对也往往有误判的情形发生,不是将电池充到可以煎鸡蛋,就是连充都还没充到就罢工判断电池已充饱,因此比较好的充电器除了增加温度控制之外,再根据充电时间,电压与电流的大小变化,计算出充电容量,并且判断出是否电池真已达到饱和. 上述三种方式都是急速充电的方法,在充电终了后,基於电池会自我放电的特性,一般都是对电池继续施以小电流的补充充电,以弥补电池的漏电电流,并且急速充电并不能保证一定能百分之百达到完全充电,以小电流继续补充充电刚好能填补不足之容量.通常补充电流的大小约在C/20 C/40之间,一般充电器在使用急速充电模式对电池充电终止后,都是迳行进入所谓的慢充模式,其实也就是以此小电流对电池继续补充充电.在此模式下,微小的电流几乎不会让电池产生多少热,也不会让电压有明显的变化,因此充电器几乎都是设计成一直施行补充充电而不会自动停止,虽然不还不至於对电池造成过充电,但是为了避免增加镍结晶现象,使用者还是得斟酌补充充电的持续时间. 容量的估算 电池的容量估算方式很多种,每每总都脱离不了C=IxT的计算方式.电池放电时流过电池的电流大小为,是电池的端电压,是负载电阻,电池的放电容量就是为,是时间.电池的电压是随著放电时间的长短而逐渐降低的,要估算出比较准确的放电容量的方法,就是采用积分方式,从开始放电起到电压降至终止电压为止这段期间内,每一个时间点上的电压值换算成电流之后对时间积分起来,即可得到很准确的放电容量. 因为电池的放电曲线并非线性,且欲取得在每一时间点的电流变化来计算有困难,因此一般都是使用积分的近似估算方式,将时间细分成很多小时段,撷取每一个时段内某一参考点的电压值(或者该时段之平均电压值)来当作该时段的电压值,每一时段各自计算其放电容量,再将每一时段的容量加起来就成了放电容量的近似值.时段切割得越细越准确,但是要人工计算非常困难,因此只有具备微电脑处理能力的充电器才能做精密计算,而若要用手工计算可能以大时段计算出大略数值. 另一种比较简单但是误差较大的估算方式,是在放电期间内任意选取几个适当的时间点(包括放电启始与终止),以梯形面积的计算公式来计算,求取每一个时间点之间的放电容量之后,将整个放电期间各放电容量加起来即可得到粗略的放电容量了. 电动枪受制於枪身空间狭小的关系,只能挤得下体积较小电流额度也小的电池,要推动电动枪马达这样的重负载负荷相当沈重,大电流缩短了镍镉电池的寿命降低了可容量,尤其枪友们喜欢把枪改得特别强,更换了更强的弹簧更是让电池与马达吃不消,在如此的摧残下电池的耗损相当地严重,往往充放电不到几十次电池容量就下降到剩下不到50%了,短短期间下降范围相当的大.因此采用梯形面积的计算方式,来对使用在电动枪的镍镉电池估算算是可以接受的了. 要测量电压,电流以及电阻,最方便最简单的工具就是三用电表,很多枪友为了了解自己的电池状况都备有三用电表,平常除了做一般电气量测之外,在电池充放电时也用来辅助充电器观察电压电流之变化,以随时掌握过程求取最佳状况.通常估算得到的值都只是个概略值,也会比理论上的容量还稍微少一些,但作为测量电池寿命的参考指标已经是绰绰有余了. 记忆效应 镍镉电池放电时若不予以完全的放电,而是以特定的放电深度来重复地放电充电的话,那麼在反覆充放电几次之后,因为每次电池都有残余容量,使得电池会有记忆现象而将此放电终止电压的值记忆住,当电池不再只以此放电深度来放电时,电压逐渐下降超过被记忆住的电压值时,电池电压会突然间崩溃性地急速下降很大的准位,然后才又继续慢慢地下降,这种现象称为记忆效应. 记忆效应是反覆充放电产生的,在实际应用方面这种反覆以特定放电深度充放电的情形很多,像是摄影机,手机,刮胡刀等等.记忆效应并不影响电池容量,但是定电压崩溃的特性却对对负载影响很大,往往不为负载所接受而形同电力不足,无法继续推动负载.因此形成记忆效应之后虽仍有相当大的容量,但是可使用的容量却是减少了许多. 记忆现象在周遭温度高时会比较明显,使用较低充电电流(C/15以下)时也会有记忆现象,因此在使用时要特别留意工作温度,以及不要使用太小的电流来充电.记忆效应形成之后,若要消除记忆效应所造成的影响,必须对电池做一两次完全充放电,以 C/10 C/2的充电电流,C/2 1C的放电电流来进行时,可以比较有效地消除记忆效应.做完全放电时,额定电压1.2V的电池只要降到厂商建议的放电终止电压,也就是不会有残余容量的0.95V左右即可,不要过放电以免毁损电池. 镉结晶 镍镉电池充电时,会於阴极生长出树枝状的镉结晶物,尤其长期过充电或以小电流长期充电时更容易生成,此结晶物会使得电极表面之活化面积减少而降低容量.镍格电池作完全放电时镉晶体会溶解消失,不过在一般放电应用上很少完全放电,电池仍有残余容量,反覆的充放电会使得结晶物日益垒增延伸,终可贯穿两极间的隔离板而触及阳极,造成两极间的短路引起大量漏电.因此要消除镉结晶现象有如消除记忆体效应般,每充放电数次之后,作一次完全放电以释放残余容量. 电动枪之电池 镍镉电池的标称电压是1.2V,将若颗电池串联起来后,整体电压是.串联后工作电压虽增加了倍,不过额定电流可是不变没有增加喔,在对电池串进行充放电时,可不要误以为容许的工作电流也增加了而改以倍的大电流去充,那麼电池是否会爆炸是不晓得,不过引起电线过热溶毁电线短路引起火灾是非常有可能的. 目前Marui的电动枪系列大部分都是使用内部构造相似,弹簧强弱也相近之mecabox,为了配合马达的驱使Marui订制了专用之镍镉电池,以7颗1.2V 600mAh的单体包装成8.4V的电池串,全新电池完全充电后,大约可射击1000发左右.不过由於电动枪的威力不强,大部分的枪友们都会另行购买改装套件,包括将弹簧改强一点,使得原厂电池的推动能力降低,充饱电之后能射击数十发至数百发,甚至完全推不动齿轮导致电流过大烧掉保险丝,大大地降低电池的寿命. 有鉴於此,枪友们的解决之道,不外乎采购较大容量的电池(例如2000mAh),或者串联更多颗电池,藉以弥补推动能力不足之遗憾.兹将此两种方法的优缺点说明如下. 1. 提高容量 电动枪改强之后消耗电流增大,希望电池能堪承受大电流,又希望电量充足BB可以多打几发,使用大容量的电池是最佳的办法. 额定容量越大的电池其可承受的充放电电流也越大,只要弹簧没改太强,就不用担驱动马达的大电流会太过伤害电池,超大的容量,让枪手不须再携带数条备用电池,不再有打没发就得拆枪更换电池的困扰. 容量较大的电池相对的体积比较大,在狭小的枪身内部是没有多少空间可以容纳电池的,不同款式的枪枝摆置电池的部位也不一样,通常不外乎固定枪托内部以及前护木内,部分则填塞於其他小缝隙.目前为止能塞得进大电池的地方,大概只有某些枪型的固定枪托了,2000mAh左右的大电池勉强塞进去不成问题.至於塞不进去的枪型,只好把大电池以电池袋绑在枪身外面,直接将电线接头从缝隙拉进枪身内接好.当然,丑不垃圾的外观破坏枪枝美感是无法避免的了,重重的电池也让手臂增加不少负担.不过使用电池袋外挂也有个好处,电池能获得较佳的散热,寿命比填装在密闭的枪身内部发烫还长. 电池的造型很多多,有些AA型(尺寸与3号乾电相近) 镍镉电池容量约有1000mAh左右,某些款式的枪空间许可塞得下,若枪没改太强对於此容量又可以接受的话,就不用外挂重重的大电池了. 2. 提高电压 外挂电池丑丑的外貌另很多人无法接受,好端端漂亮的一把枪表面却增加了一陀大大的电池包,叫人怎不心疼呢.因此很多同好在空间许可的情况下,自行购买电池来焊接,以810颗电池串成提供9.6V以上的较高电压,希望藉此增加射击弹量. 虽然电池推动马达时随著容量的消耗电压逐渐降低内阻逐渐增大,电流也逐渐减小,当电流小至马达无法推动齿轮而停下时,电池的残余容量相当的多,弹簧越强残余容量也越大.此种提高电压的方法会让流过马达的电流大一些,马达比较不容易因为电流不够强而被齿轮拖住,残余容量也能小一些,活塞每多转一行程子弹就多射出一发.不过有一点得注意的是,电池串联时容量并没有增加,在相同的电池容量下,耗电流增大会使马达转速增加,子弹射击的速度增快(发/分),相对的会使得可供射击