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镍氢电池充电电压发表时间:11-09-05日常使用的1.2V镍氢电池,其充满电压通常为1.4V,放电终止电压是0.9V。
这就意味着,镍氢电池在放电到0.9V时已经不便使用,应该充电了。因此,0.9V既是放电时的终止电压,也可以看作是镍氢电池充电的起始电压。实用中,因为0.9V之后的镍氢电池还有一些小电流存在,所以,有的镍氢电池将起始电压设置为0.8V也是可行的。
镍氢电池充满后的电压在1.4V左右,这可以视为其最高电压,但个体电池也要视具体充电方式而定。
一种情况是以恒压充电,比较老式的充电方式仍然这样设置,一般都是设置为1.4V,但这样的后果有可能是电池到达1.4V可能还没有充饱,在这种情况下,镍氢电池充电终止电压就不是镍氢电池饱和电压。
上述缺陷主要是由充电电流引起的,大电流充电有可能在1.4V时并未满电。从充电曲线上来看,有些以1C充电的镍氢电池容量到达100%的电压可以达到目的1.53V,然后,然后在这一电压下转头向下再恢复到1.4V附近,因此,1.53V成为充电最高电压,镍氢电池充电器往往通过这个特点,把拐点电压出现设置为充电截止时间。
大电流与小电流充电对充电电压的比较是:小电流在较低电压值就可以充满电,而且在满电后的充电仍能缓慢地提升电压,相反,1C以上的大电流在满电状态下继续充电,电压不升反降。所以,在电压达到一定高度(如1.36V)后,采用0.3C左右的小电流充电是较为合理的。
恒流充电法采用了温升速率法作为充电结束的判断依据,比如,在0.3C充电条件下,每分钟温度上升2℃就会停止充电,这时的镍氢充电电压一般都在1.4V左右。镍氢电池电压根据镍氢电池所处工作阶段,镍氢电池电压分为:充满电压、额定电压、最低电压,或者说是饱和电压、工作电压、截止电压。
镍氢电池的额定电压是1.2V,这也是镍氢电池正常工作时的平均电压值,通常,合格的镍氢电池工作电压比较平稳,如果是一直在用的话,会表现为以一个比较稳定的频率形成电压下降过程。
镍氢电池截止电压为0.9V,有的镍氢充电电池实际可用到0.8V,电压降到0.8V以下,则说明镍氢电池被过放,电池需要修复,如果电池经过修复(通常用0.2C充电1小时的方法修复)仍然未能达到0.8V说明电池失效。
到达截止电压后应给镍氢电池充电,普通型镍氢电池饱和电压值会因充电电流不同而略有差别,相对小的电流在到达同样电压值时,容量(也就是电量)补偿会多一些,通常,镍氢电池充满电压在1.4V左右。试验中,因电流不同,镍氢电池充满电时的高电压会出现1.5V,低的也有1.38V。镍氢电池充电电流11-09-06镍氢电池充电,如果电流不同,充电效果和对电池的影响都会有比较大的区别。
表示充电电流大小的是倍率概念,在数值上等于充电电流与电池容量的比值,计量单位是mA。如标称容量为2000mAh的镍氢电池,如果用1000mA电流充电,充电倍率为0.5C,如果用400mA电流充电,充电倍率为0.2C。
以单体电池为例,通常认为:
镍氢电池充电分小电流、标准电流、大电流三种方式,以0.1~0.3C为标准充电电流,小于0.1C是小电流,大于0.3C是大电流。通常,充电电流不能大于1C。
小电流充电的好处是保护电池,有轻度过充,但对电池无太大影响;不足是充电时间很长;
大电流充电的好处是充电时间短;缺点是持续大电流对电池有损伤,影响使用寿命。
标准充电模式的优点是充电电路简单,充电时间稍长,但这种模式在设计复杂性和照顾电池充电时间上取得了平衡,得到业内的认同。
镍氢电池组在充电模式的选择上,镍氢电池厂家会有自己的物色产品,有的关注于时间,有的则关注满电程度,还有的从安全角度出发设计小电流充电。镍氢电池充电注意事项镍氢电池的不正确充电会对电池性能造成严重的负面影响,为更加有效地使用镍氢电池,应在充电时注意以下事项:
1、注意充电的温度,这是所有充电环节中最关键的因素,通常应在镍氢电池生产厂家产品说明书中规定的温度(0~45℃)环境中充电,低于规定温度会使电池内部充电不正常,导致电量恢复性能持续下降。而在高于规定温度的状况下,会出现电池发烫的情况,严重时可能产生漏液,流出淡黄色的液体;
2、对电池恒流充电时,开始尽量避免涓流充电,自始至终用涓流充电模式会影响电池特性,特别是导致以后的大电流放电无法启用。但恒流充电后应该设置涓流充电方式,进行补充充电,以达到完全激活因子,补充损失电量的目的;
3、单节镍氢电池一使用完最好立即充电,不要先行与其他电池一起充电,因为放完电的镍氢电池放到一定时候容易造成电池过放电,形成极板短路,造成电池永久损坏;
4、对电池充电最好选择能控制充电电流与时间的智能充电器。如果是非智能充电器只有靠自己控制充电时间(因为不设置控制措施的普通充电器极易形成过充)。新电池头三次充电时间一般为:充电时间=(电池容量/充电器充电电流)×1.5,日常使用的镍氢电池充电时间则为:充电时间=(电池容量/充电器充电电流)×1.2,因为头三次要完全激活电池因子,故时间长些;
5、因为普通镍氢电池月自放电率达20~30%,所以,每三个月最好充一次电,意义同上述第3项一样,以免过放的损害;
6、不同品牌、不同容量的电池不能混合充电,充电器与电池充电特性不匹配的也不能混合充电。镍氢电池第一次充电镍氢电池出厂后的第一次充电包括两个方面的问题:一是要不要先充电再使用,二是充电多久合适。
一般情况下,新的镍氢电池只含有少量的电量,这是与镍氢电池较高的自放电速率密切相关的,假如镍氢电池出厂时的带电量为40%,在月自放电率高达30%的情况下,一月后的电量仅有10%,再长一些时间,有些电池就会处于放电态(即没有充电的状态),而且,镍氢电池还有一个特点,即,容量越高,其自放电速率也越大,这样,即使出厂时带电量大一些,经过一定时间后的电量仍然很小。因此,新电池使用前必须进行首次充电。
然而,另外一种情况也可以先用后充,2005年开始有低自放电镍氢电池推出市场,国内目前也有一些厂家生产低自放电电池。但是,由于低自放电镍氢电池的结构复杂,造价要比普通型的贵出很多,因而民用市场上的低自放电镍氢电池比例很小。正宗品牌的这种电池如果出厂时间较短(如一个月以内),通常带电量还很足,因为充电电池带电量如果在30%以上都可以正常使用,所以,镍氢电池在第一次充电前可以先使用。
镍氢电池充电一旦开始,就要选择用什么方式充电。通常认为,第一次充电前的镍氢电池电量很小,所以,应以小电流恒流充电方式为宜,大多数用0.1C倍率充电12~14小时,小电流充电对电池没有负面影响,即使有可能出现一点过充电也没有太大关系。同时,也可保证电池在充电电压范围内使电池容量100%的得到恢复。第一次充电也必须充满才能使性能发挥到最佳状态。镍氢电池放电放电是向外电路输出电流的过程,镍氢电池在放电过程中,伴随有电压下降和容量减少现象。
考核镍氢电池放电效果的是其输出功率占输入功率的比值,也可以近似地换算成输出容量与输入容量的比值。按照正确方法使用的镍氢电池放完电的总输出功率正常都可以达到输入功率的95%以上,放电效果的差别是因为不同电流和温度下,电池的内、外阻与放电特性会有一定的区别。
实验显示,镍氢电池放电效率明显受电流和温度影响:
1、镍氢电池具有良好的低温放电特性,在这方面甚至好于锂电池,即使在-20℃环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的85%以上。在40℃以上的高温环境中容量损失可能会达到5~10%。镍氢电池虽然有良好的低温放电特性,但其工作温度还是在0~40℃之间为宜,毕竟,超出这个温度范围后,电池容量会有不同程度的降低。
2、按照IEC标准,镍氢电池容量是以标准充放电计算的,在这个标准计算中适用的电流是0.2C。实际上,以0.2C的小电流放电要比用1C放电的容量多出10%以上。
如果上述两个标准应用的不恰当都会使电池放电时间减少,比如,在上述过低的温度环境下只能放出85%的电量,而电流过大也会使放电效率降低,从而使放电时间缩短。当然,如果电池在正常工作环境下放电时间明显过短,则要检查是不是电池未被充满电,那就是追溯到镍氢电池充电的问题上了。镍氢电池过放电电池放完内部储存的电量,电压到达终止电压值后,继续放电就会造成过放电,镍氢电池也不例外。
镍氢电池过放的出现一是在使用中,如对镍氢电池持续以较大电流放电就会造成这一现象,这与一些使用者把镍氢电池记忆效应看的过于严重有关,以为电量放的越彻底越好,这是一个误解,镍氢电池记忆效应的存在在一个很小的范围内的容量损失不大,而且可以通过周期性的(比如三个月)完全充放电来进行修复,但是电池使用中的长期过放则会破坏电池结构,使得以后的充电无法进行,相比较而言,过放的这种伤害比记忆效应所造成的部分容量损失对电池的伤害更大。
另一种过放场景出现在储存过程中的自放电,镍氢电池是所有自放电中最大的,每月自放电率可达20~30%,虽然如此巨大,但由于这时电池体内电流很小,因而不会伴随使用过程中过放电可能出现的发热、发烫现象,电池结构可逆容量的破坏总的来说小得多。
从电化学原理上来说,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,活性物质不可逆使得电池容量明显衰减。因此,预防镍氢电池过放电可以有效提升电池的使用效率。对此,一定要设置好放电终止电压,使镍氢电池在电压下降到0.9V时自动停止放电。镍氢电池自放电电池不与外电路连接时,由内部自发反应引起的电池容量损失就是电池的自放电,在所有的电池类型中,镍氢电池自放电最大,普通镍氢电池达到30%的自放电率。
影响镍氢电池自放电的因素主要有三个:
1、温度影响:通常情况下,温度越高,自放电越大;反之,温度越低,自放电越小;
2、与电池的带电量有关。通常,镍氢电池充得越满,自放电率也就越高,这里说的是平均值,当较高电池容量降到较低容量时,它与同等较低容量的其他电池自放电率是一样的;
3、存放条件的影响。镍氢电池处在一个导体环境中可能会产生微电流,加快电池的自放电进程,意外原因造成的瞬间大电流通过甚至可能会造成短路。
电池自放电会造成容量损失,这种损失大部分是可逆的,通过充电行为能够得到补充,可怕的是因此导致的过放电,过放电实际是电池处于少量带电或不带电情况下的储存与工作方式,往往会表现为电池低电压或者零电压,从而形成部分容量的不可逆损失。
减小自放电是提高镍氢电池性能的重要内容,针对引起自放电的原因,可以从以下方面着手改善:
1、温度环境:按照IEC规定的规范化的镍氢电池,其储存温度以20±5℃为宜;而其工作温度一般在0~40℃较为理想;
2、电池应带电储存,因为普通镍氢电池的自放电率高达30%,所以尽量使电池在80%的容量下储存,至少要有40%的电量,因为电池在40%容量下的自放电率会小许多。如果容量不够,很容易因为忘记补电而使镍氢电池处于过放当中;
3、存放环境应干净整洁,以防灰尘中含有导体物质而使电池自放电加快。
从机理上讲,自放电大小与正极材料在电解液中的溶解和它受热后的不稳定性,易自我分解有关,所以,镍氢电池自放电是由其结构决定而不可避免的,但控制自放电在可逆的范围内则可以通过使用者的正确使用而达到,除了上述三个方面的改善措施外,要及时充电补充自放电造成的电量损失,以使自放电不会发生不可逆反应。
市场上有一些低自放电镍氢电池,造价较高,但可以在一年后仍保持80%的容量,因而充电次数可以显著减少。镍氢电池容量镍氢电池与其他充电电池一样,最重要的性能参数就是容量。通常意义上的电池容量是指在一定的放电条件下,电池放电至截止电压时放出的电量。IEC61436标准规定了镍氢电池在20±5℃环境下,以0.1C充电16个小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,这种方法以C5表示,即以5小时率放电模式。镍氢电池容量单位:mAh(毫安时)/Ah(安时)。
镍氢电池容量是由其材料和结构决定的。上述IEC标准规定的额定容量只是理论容量,在理论容量已定的情况下,无论采取任何方式都不可能使其超过既有容量。就特定电池而言,随着电池使用时间和放电次数的增加,电池容量不可逆转地逐步下降,对于这种容量下降,无论采取什么方法,都不能达到理论容量。
电池结构相同的镍氢电池具有相同的比容量,比容量是指单位体积或重量的电池所给出的容量,分别称之为重量比容量和体积比容量。这就是同一品牌镍氢电池不同型号之间体积越大则重量也越重,容量也越高的缘故。
例如,某一品牌的5号aa镍氢电池总可以比7号aaa镍氢电池的容量做的更大。市场上有一些号称高容量的电池,其中有真假之别。不同品牌同样型号的镍氢电池中,真正的高容量电池应该表现为总输出功率(电流与电压乘积)比普通电池大许多,之所以如此,是因为高功率电池采用了高分子材料,其电极结构主要由AB2构成,这里的A表示钛和钒元素,B表示锆和镍等,区别在于稀土元素的减少,而普通镍氢电池电极结构由稀土为主要元素的AB5构成。
可见,如果没有高分子材料的加入,电池理论容量是无法提高的,市场上有些并未改性的镍氢电池也自称高容量,其实是以初始容量代替了额定容量。可能的情况是:在电极材料中多了增加初始容量的材料,但却以减少电极稳定用的材料为代价,结果就是,初始容量高的电池经过循环几十次使用之后容量迅速衰竭,而初始容量低的电池依然表现出良好性能。这就是为什么用总输出功率比较进行容量才是科学对比的原因。
在民用市场上,日系镍氢电池容量仍然比国内的高,有一些国内镍氢电池厂的技术也出现比较大的发展,部分电池产品性能可与国际先进水平。就单节镍氢电池而言,常用的5号镍氢电池容量可以达到1400mAh,最大的可以达到1600mAh,7号镍氢电池普遍可以达到900mAh。镍氢电池的应用镍氢电池应用领域的开拓与镍氢电池技术发展和镍氢电池市场容量的变化结伴而行。
镍氢电池在日美德等国率先进入产业化,早期镍氢电池的用途主要是在笔记本电脑和移动电话领域取代镍镉电池,但从1990年代锂离子电池商品化以来,在此后的十余年时间里,锂离子电池已经取代镍氢电池占领了便携式电子设备市场;在通讯领域里也迫使镍氢电池基本退出。
不过,目前镍氢电池的价格低于锂离子电池,而且安全性能也较锂电池优越。因此,部分笔记本电脑开始重新使用镍氢电池,也因为这两个优势,镍氢电池在电动工具、数码相机、电动车、移动电话中继基地用不间断移动电源等领域也开始部分回归。
在适用性上,镍氢电池低温性能优越,也适于大电流放电,因此常被装配成镍氢电池组用于满足便携式电子设备需求。这方面的应用领域几乎涵盖各行各业。如:便携式打印机、移动工具、数码产品;医疗设备、远程通信设备、液晶电视机;通讯仪器、激光器仪器、仪器仪表以及电动玩具等。
镍氢电池的高能量密度、大功率、无污染等综合特点也使其适用于作为动力电池使用,一些镍氢电池厂以此开发出动力汽车、电动摩托车和电动自行车的镍氢电池用途。这一特点还被延展到军事领域,应用于通信后备电源、空间技术、机器人和潜水艇等。
在中国,镍氢电池获得更快的发展,2006年,我国生产镍氢电池13亿支,超过日本成为第一生产大国,这是因为我国拥有世界70%的稀土储量,而稀土是镍氢电池负极储氢合金的主要原料。在上述的应用领域中,镍氢电池的用途体现在中国市场的主要方向是移动通信、手提电脑、电动工具和汽车用电池组领域。镍氢电池规格规格一词用在镍氢电池的意义不同于日常理解的物理形状,而是对某款镍氢电池全部或部分必要性能与特征的说明,这与镍氢电池参数的功能有些接近。从实际运用上来看,一方面,有些参数并不必然反映在电池规格上;另一方面,一些需要用试验语言而非数据描述的性能要求,如耐过放、安全性等要体现在规格设计中,就没有相应的参数表达。规格与参数有个交集。
一般来说,需要用参数说明的规格要求也是最重要的,这一部分被统称为规格参数。
根据上面的定义,对于镍氢电池规格的说明基本上包括三个方面,而镍氢电池厂家的规格书也是围绕这三个方面的内容展开的。
一、产品类型:即什么产品的规格,就镍氢电池而言,一般会以型号、容量、电压等作为限定词,也有的是从产品应用角度,以用电器具为限定词。这部分通常体现于规格书的开始部分,以《范围》或者《试用范围》作为标题。如以下描述:“该承认书适用于镍氢充电电池及其组合电池。型号H-AAA800mAh(尖头),尺寸:AAA型”。就是一种典型的AAA镍氢电池规格表达方式。
二、规格参数:通常,厂家会将自己认为最重要的参数罗列上去,但对于决定电池性能的参数则是必须罗列的,虽然,在规格参数中也包括尺寸、重量等物理性状,但又已经突破了物理性状的范围,这些必须罗列的规格包括:标称电压、标称容量、内阻、循环寿命、充放电终止电压和充放电最大电流等参数。
三、试验性鉴定:在规格书中表现为对上述规格参数测试条件及测试结果的规定,以及不在上述规格参数之列的其他性能及特征的规定。有些标准及规定可以用参数表示,有些则只能用试验语言进行描述。如,过放不变形,湿度试验与温度试验无漏液,高空跌落时外观与电池性能正常等。
由上可知:镍氢电池规格不仅限于形状大小甚至也不仅限于物理性状,而是客观描述镍氢电池特征与性能的概念,上面三个方面的内容都在《镍氢电池规格书》中得到了体现。镍氢电池激活镍氢电池激活分为两种类型:一是新电池容量激活,二是旧电池去内阻激活。
对于新电池的激活论述较多,首先要明确,新电池激活的目的是通过激活电池中的活性因子而激发电池活性。原因在于,镍氢电池的自放电较大,长期中转过程中电量会逐步丧失,从而使电池活性降低,进入休眠状态,如果不进行几次完全的充放电,因为镍氢电池的记忆效应,输出容量是达不到标称容量的。
具体做法上,通常都是进行3次完全充放电,其中,充电模式以0.1C为宜,这是因为电池未激活而带电量少的情况下,大电流充电会造成对电极的伤害。从理论上说,第一次充电时,如果电池带电量大于40%(厂家一般是按照出厂日期来进行说明的)可以先用后充,反之,小于40%则先充后用。实际应用中,新出品电池都有使用说明,可按厂家指导操作。容量完全达标可能要经过至少3次的完全充放电,有的被要求长达5次,因为第一次充电后可用电量或许只有标称容量的1/3。
在用的旧镍氢电池经过长时间使用后,容量会有下降,同时,影响容量有效输出的还有内部电极产生氧化层使电池内阻升高,容量下降是不可逆的,因而减少电池内阻是激活旧镍氢电池的关键,否则,旧镍氢电池将越来越不能适应启动大电流的用电器具了。
对这种内阻已经升高的镍氢电池使用大电流放电即能激活,实用中通常进行短路试验。在短路中,电流会由小变大,镍氢电池也会慢慢发热,当电池体达到40℃时停止放电,待温度恢复正常,再次短路放电,经过这种循环,直到电池电压降到1.0V时完成短路放电过程。有些内阻不是很大的镍氢电池可能经过一次放电就能正常使用了,因而不需要循环短路。
需要指出的是,激活新旧镍氢电池的目的是不一样的,因而,千万不能把短路实验用于新电池激活。镍氢电池保养镍氢电池保养的目的是通过科学方法提高电池总输出功率,以延长电池使用寿命,提高电池使用效率。镍氢电池保养分为三个方面:一是有效使用,二是日常维护,三是正确储存。
一、有效使用:
1、新电池须激活:新电池需要进行3-5次的完全充放电才能激活内部因子,激发电池活性,使电池释放出最多的能量,这种多次的完全充放电行为就是激活;
2、慎选充电器,避免过充,不要混用不匹配的充电器和镍氢电池;
3、严守电池操作规程,杜绝过放;
4、使用长久的镍氢电池也要重新激活,以克服不断增加的内阻;
5、充电和工作时不要混用不同品牌、不同容量的镍氢电池。
二、日常维护:
1、尽量不使电池发生磕碰或者其他硬伤;
2、长时间不用的电池要记得及时补电,因为,镍氢电池的自放电是所有电池中最大的;3、基于与上述第二条同样的理由,在决定电池准备长期存放之前,应充好电,最好有40~60%的带电量;
4、多加爱惜,勤加擦拭,避免电池锈蚀或腐蚀,延缓电池老化过程。
三、正确储存:
1、储存温度:0~40℃;
2、储存条件:
干净,避免灰尘及导体接触,防止短路;干燥,应按IEC规定的标准,将电池周边的湿度保持在65±20%的范围以内;专区、专柜保管,甚至充电时也最好设置专区,充电专区的意义在于营造一个有效的散热环境。
上述三个阶段的保养并不是完全孤立的,可以多个保养措施并用,只要能够认真实施起来,就可以达到延长电池使用时间,提高镍氢充电电池使用寿命的保养目的。镍氢电池型号及尺寸镍氢电池型号是从镍氢电池类别、规格和大小的角度对电池作出说明的概念,它回答了镍氢电池是什么样的问题。
例如,3A镍氢电池包括了三个意思:1、aaa规格型号;2、镍氢电池;3、其公称尺寸为:高度43.5mm,直径10.0mm。
可见,在确定镍氢电池身份后,从感性上对其描述离不开两方面的内容:一是文字内容,二是数字内容。aa镍氢电池也可以说成为五号镍氢电池,二者都是用文字进行描述的,只是一为英文,一为汉语。而公称尺寸就是所谓的数字内容了。
镍氢电池的基本型号有七种,它们分别是根据电池使用的钢壳外径和高度来加以区分的,具体如下:
1、AAA型:43.5mm(高度)*10.0mm(直径)
2、AA型:50.0mm(高度)*14.0mm(直径)
3、A型:50.0mm(高度)*17.0mm(直径)
4、SC型:43.0mm(高度)*23.0mm(直径)
5、C型:50.0mm(高度)*26.0mm(直径)
6、D型:60.0mm(高度)*32.5mm(直径)
7、F型:90.0mm(高度)*32.5mm(直径)
在实际应用中,由于用电器具的不同,镍氢电池被要求制作成不规则型号,这些不规则型号有上千种之多。
例如,2/3AAA镍氢电池的标准尺寸是:高度为43.5×(2/3)=29(mm),直径不变。但这个高度却会因应用的需要而成为30mm或更高,也可以28mm或更短,从而形成千差万别的电池形状,不过,有一点是不变的:直径只被允许在一定的公差范围内。镍氢电池种类镍氢电池可以根据不同的特性进行分类,除了标准型或者通用型镍氢电池外,从特殊的使用效果来看,既有高倍率型,也有高容量型,还有低温和高温型。一般来说,上述镍氢电池种类放到一块,就构成了镍氢电池的性能分类。
1、标准型:具有镍氢电池的一般标准,这些标准由以下特点组成:(1)、使用寿命应在500~1000次之间,(2)、密封防漏,使镍氢电池成为免维护电池,同时,在使用和储存的正常状态下安全性得到有效保证,(3)、性能稳定,可以在很宽的湿度和温度范围内使用,电池内阻低,大电流放电后仍然有稳定的电压,(4)、适用范围:应急灯、无绳电话、便携电话、遥控器、电子辞典、玩具等,无特殊要求的移动电源几乎都可使用。
2、高容量型(S型):除了具有标准型电池的特点外,由于是选用性能优异的高分子材料构成电池,采取了严格的生产工艺,因而能给用电器具提供较长时间的能量,有些人据此把高容量镍氢电池也称作长寿命电池是不科学的,因为这种电池的主要优势是高容量,虽然可以表现为长的时间寿命和稳定的性能,但从镍氢电池寿命与容量的不同定义出发,还是高容量更能说明其特征,该款电池主要适用于比较耗电的数码相机。
3、高倍率型:这是就其可以承受大倍率电流而言的,通常,高倍率镍氢电池可采用1C的电流进行充电,电池一个多小时即可充满;在以5C电流放电时,电池的中值电压可以达到1.24V以上,放出的电量仍可达到90%以上。因此,该款电池具有优异的快速充电和大电流放电性能,特别适合大电流放电的用电器具:如电动工具、大型玩具(车仔玩具、遥控飞机)等。
4、低温和高温型:分别具有优异的低温和高温工作性能,它们仅仅是在主电源出现故障时才进行放电,其寿命是由操作条件来表示,而不是普通镍氢电池的循环次数,这些操作条件的首要条件是环境温度,其他有充电电流、放电频率和放电深度。这两种电池主要应用在低温和高温环境下的指示灯、应急灯。
上述分类基于镍氢电池主要性能,同一支电池可以具备两种以上的优异性能,而镍氢电池厂家可以在用户需求中寻求最佳性能的平衡点。镍氢电池参数任何一款镍氢电池应设置规范的参数,在面向市场时部分参数要体现在产品说明书中。通常,镍氢电池参数包括以下内容:
一、
决定电池性能的核心参数:
1、标称容量:电池的容量决定于活性物质的数量,而活性物质的含量则由电池使用的
材料和体积决定,因此,通常电池体积越大,容量越高。
2、标称电压:电池刚出厂时正负极之间的电势差是标称电压。单元镍氢电池的标称电压是1.2V,标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定,当环境温度、使用时间、工作状态、剩余电量有变化时,单元电池的输出电压会有变化。
3、
电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中,极板的电阻是不
变的,离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。
4、镍氢电池充电后,极板的活性物质已达到饱和状态,继续充电电压也不会上升,此时的电压称为称为终止电压,镍氢电池的终止电压为1.4V。
5、放电终止电压是镍氢电池放电时允许的最低电压,在放电终止电压状态下继续放电,电池两端电压会迅速下降,形成深度放电和过放电。如此,则极板上形成的生成物在正常充电时就不易恢复,影响电池的寿命。
6、充放电电流:一定要有最大电流的规定。因为大电流会冲击电池结构的稳定性。
二、表示电池性能的指标:
1、循环寿命:一次完全充放电过程被视为镍氢电池的一个充电周期,电池反复充电就构成了电池的循环寿命。镍氢电池的充电周期是按照IEC标准规定的,通常,镍氢电池寿命应达到500次。
2、比能量:常用的标准是:(1)、能量/重量为30~80wh/kg(瓦特小时/千克);(2)、能量/体积为140~300wh/l(瓦特小时/升)。
三、对电池物理性状描述的参数
1、重量:相同型号的电池中,镍氢电池是最重的。
2、型号:按相关标准命名,如常用的AAA、AA等。
3、外形尺寸:单节电池要标出直径和高度,组合电池通常要用三维数字表示。
4、外部包装及喷码印字。
上述参数有时并不全部出现在产品说明中,但一些重要的参数必须标明,如核心参数部分。镍氢电池容量测试镍氢电池的容量测试第一步要解决的是镍氢电池的测试条件,第二步要解决的是测试方法。
镍氢电池容量测试分两种类型:实验室方法和手工方法。实验室方法的要求很严格,需要专门的仪器设备,此外,在条件准备上还要严格遵守IEC规定的温度、湿度环境等,在电池选择上,要用酚酞试验看电池是否有爬碱、漏液现象,正极帽周围是否有发红现象,如果是好的样品电池就要在第一次充电前用0.2C电流放电至1.0V。然后要准备的是精密测试设备。
接下来的测试中有一个关键环节是比表面积测试。比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。在测试方法上,国内外普遍采用BET吸附理论求得镍氢电池BET比表面积。比表面积测量要用智能化测试仪,保证测试结果的一致性,接下来,在比表面积的基础上可以运用数学模型算出电池容量。
现在有专门的电池检测设备,其中运用了BET吸附理论,设备会自动选择最合适的电压和电流,通过一次完全的充放电模式,在放电过程取得的数据基础上计算出电池的真实容量,自动化的电池检测仪在电池测试结束时会将包括电池容量在内的重要参数显示在仪器上。
现实生活中,镍氢电池的普通使用者没有专用设备。手工测试镍氢电池容量的方法比较简单:选择一个稳定的放电电流,一直放电到镍氢电池的终止电压,记录下时间,用电流乘以时间就可以得到电池的实际容量。这种计算的方法有许多人为因素,如时间的误差、终止电压的误差以及放电电流的稳定性都可能对精确结果产生影响。不过,作为一般使用者,能得到这样的结果也就差不多了。镍氢电池寿命由于镍镉电池因镉污染问题而退出市场,镍氢电池寿命较长和没有污染的优势使得镍氢电池占据了以前镍镉电池的传统市场,镍氢电池能用多长成为人们关心的问题,而这就是镍氢电池寿命问题。
镍氢电池寿命的定义是:在一定条件下,将镍氢充电电池进行反复充放电,当容量等电池性能降到规定的要求以下时的充放电次数。
这里的“一定条件”是有具体规定的,以电压而言,镍氢电池额定电压为1.2V,正常终止电压为1.0V,实际上可用到0.9V。因为终止电压的弹性,于是,对于镍氢电池寿命的量化就是“容量等电池性能降到规定的要求”,行业内一般都以电量保持80%~70%为标准。
为什么会有镍氢充电电池的寿命问题,这是由两方面原因促成的。其一是内部结构:如电极活性表面积在充放电循环过程中不断减小,产生极化现象;电极上活性物质的脱落或转移;电极材料发生腐蚀;隔膜的老化与损耗;活物质的性能下降等。其二是充放电原因:循环过程中,电极上生成结晶造成电池内部局部短路;不当的充放电方法,如过充和过放,会使电池内部发生一些不可逆过程,引起电池放电容量衰减,影响了镍氢电池寿命。
由于镍氢电池在1.0V~0.9V之间还可以放电。如果各个镍氢电池生产厂家规定不同,那么,就可以在80%~70%的保持电量之间进行选择。所以,当说到镍氢电池寿命的时候一定要说明寿命的特征。比如,一个厂家的镍氢电池寿命写着500次,而另一家则写着800次,如果没有说明充放电后的放电容量降到百分比多少,则很难说800次的循环寿命比500次的好。
影响镍氢电池寿命的除了这些理论因素外,还有一些使用中的问题,这些形成了镍氢电池的使用寿命。比如,自放电的多与少,两节电池共用于同一电器时的电量一致性,平时注意保管,避免硬伤等,一般来说,厂家的使用说明书上都有注意事项,大家按照要求来做就行了。电池充不进电的原因与解决市场上主要有两种充电电池镍氢电池和锂离子电池,人们关注的电池充不进电的问题大抵是针对这两种类型的。同一类型和规格的电池又可以通过并联、串联和混联组成不同电芯数目的组合电池,作为一个普遍现象,人们希望了解电池及电池组充不进电的背后原因进而寻求解决之道。
电池充不进电的原因从大的方面来说,可以分为电池自身固有的内部原因和电池实施充电的外部原因。锂离子电池以其更优越的性能正在逐步占领镍氢电池的原有市场,所以,这里以锂电池充电为主进行说明,有区别的地方提到镍氢电池。
电池充不进电的内因有:
1、电池零电压或者组合电池中有零电压电池。电池零电压要么本身就是不合格品,出厂时就没有达到相应的标称容量和电压值,要么属于寿终正寝,因长期使用,容量耗尽,电压降而为零。
考虑到锂电池经过长期搁置,如一年以上,也可能以自放电的形式把电量放尽从而使电压为零,现在的锂电池保护方案在设计上要求电池零电压时也能充进电。因而,对于电池零电压有两种区别:一种是能够充电继续使用的,另一种是以完全没有使用价值的;换句话说,前者容量损失是可逆的,而后者是不可逆的。充不进电的零电压电池如果不幸设计到锂电池组中,就可能通过保护芯片把零电压信号传导到电池组中,从而关断MOSFET,使电池组无法充电。
2、电池组连接错误。这种情况出现的可能性较小,因为充电电池或电池组出厂时一般都要求全检,正规厂家的电池出现这种情况除非是某批电池出厂时没有全检,而恰恰连接错误的电池组就在未检之列。当然,对于非正规厂家出品或者个人组装则另当别论,出现连接错误并不能完全杜绝。相对来说,镍氢电池组全检率低些,这种错误的概率可能会大一点。
3、内部电子元件、保护电路出现异常。这种情况大抵是电池用久后出现的,电子元件的老化、脱落均会导致电池充电出现异常,尤其是集成到保护电路的电子元件出现上述情况后会直接影响到电路的保护功能的发挥,从而不能正确指导充电过程。
充电行为中导致充不进电的外部原因有:
1、充电器与电池不配套,特别是不配套的充电器与锂电池充电电流设计的差异会导致充电时瞬间电流过大,锂电池实施过流保护中止充电。解决这种不配套特别是注意不要把镍氢充电器与锂电充电器混用,有些万能充电器也尽量不要“万能”使用。
2、充电设备故障,无输出电压。出现这种情况,只需要把电池放到另一个同型号的充电器上充电即可。
3、不适宜的充电环境,充电器和充电电池都有自己的工作环境,越过了两者中任何一个限定条件,不论是高温还是低温都会令充电无法进行。
解决电池充不进电问题无外乎诊断和治疗。诊断的秩序是先外因后内因,因为充电方法出现的问题只要改正就行了,而内因则需要专业的电池知识和电池检测设备才能得出正确结论,在自己不能解决的情况下,可以拿到专业的维修网点进行维护。锂电池并联充电锂电池并联的目的是为了增加容量,因此,锂电池并联充电也与单节锂电池相比具有不同的设计特点,主要体现在充电电流设计与并联电池的一致性上。
并联锂电池的特点是:电压不变,电池容量相加,内阻减小,可供电时间延长。并联充电的核心内容是并联电流的大小及其作用。根据并联理论,干路电流等于各支路电流之和,因此,已经组合为电池组的n节并联锂电池要达到与单节电池相同的充电效率,充电电流应为n个锂电池电流之和,在欧姆定律:I=U/R的公式下,这个设计是合理的。但是,并联后的电池内阻也会起变化,按照并联内阻公式,两个并联锂电池的总内阻等于两个电池内阻乘积与其内阻相加之和的比值,并联电阻会随着并联电池数量的增加而递减。所以,锂电池并联充电的效率可以在电流小于n个并联锂电池电流之和的基础上实现。
锂电池并联要注意电池的一致性问题,因为,一致性差的并联锂电池会在充电过程中出现充不进电或者过充现象,从而破坏电池结构,影响整组电池的寿命。因此,选用并联电池时应避免将不同品牌、不同容量和不同新旧程度的锂电池混用。对电池一致性的内在要求是:锂电池电芯电压差≤10mV,内阻差≤5mΩ,容量差≤20mA。
事实上,锂电池并联后会有一个充电保护芯片对锂电池进行充电保护,锂电池生产厂家在制作并联锂电池时已经充分考虑了锂电池并联后的变化特点,也是按照上述要求进行电流设计和电芯选择的,所以,使用者需要按照并联锂电池的说明按部就班地进行充电,避免不正确的充电对电池可能造成的损害。锂电池并联充电锂电池并联的目的是为了增加容量,因此,锂电池并联充电也与单节锂电池相比具有不同的设计特点,主要体现在充电电流设计与并联电池的一致性上。
并联锂电池的特点是:电压不变,电池容量相加,内阻减小,可供电时间延长。并联充电的核心内容是并联电流的大小及其作用。根据并联理论,干路电流等于各支路电流之和,因此,已经组合为电池组的n节并联锂电池要达到与单节电池相同的充电效率,充电电流应为n个锂电池电流之和,在欧姆定律:I=U/R的公式下,这个设计是合理的。但是,并联后的电池内阻也会起变化,按照并联内阻公式,两个并联锂电池的总内阻等于两个电池内阻乘积与其内阻相加之和的比值,并联电阻会随着并联电池数量的增加而递减。所以,锂电池并联充电的效率可以在电流小于n个并联锂电池电流之和的基础上实现。
锂电池并联要注意电池的一致性问题,因为,一致性差的并联锂电池会在充电过程中出现充不进电或者过充现象,从而破坏电池结构,影响整组电池的寿命。因此,选用并联电池时应避免将不同品牌、不同容量和不同新旧程度的锂电池混用。对电池一致性的内在要求是:锂电池电芯电压差≤10mV,内阻差≤5mΩ,容量差≤20mA。
事实上,锂电池并联后会有一个充电保护芯片对锂电池进行充电保护,锂电池生产厂家在制作并联锂电池时已经充分考虑了锂电池并联后的变化特点,也是按照上述要求进行电流设计和电芯选择的,所以,使用者需要按照并联锂电池的说明按部就班地进行充电,避免不正确的充电对电池可能造成的损害。锂电池第一次充电锂电池第一次充电给人们带来的疑问似乎不少,对此,需要明确的有如下几个常识。
一、充满即可:锂电池第一次使用时不存在“激活”问题,原因在于:锂电池和镍氢电池的充放电特性有非常大的区别,更深层的原因还在于,过充会对锂电池特别是液态锂离子电池造成极大的伤害,因而,充电应按标准时间和标准方法充电,千万不要进行超长充电。
正确的做法是:在锂电池停充后要立即将锂电池与充电器分离。锂电池在充满(暂时性的)后会自动停充,而并不存在“持续”时间很长的涓流充电,这就是锂电池与镍氢电池的不同处。充电器充满指示灯亮后,如果不立即取下的话,由于电池自放电和锂电池保护IC仍有小电流通过,会使锂电池电压因此而降到可以充电的电压值后重新充电(因为此时充电器未取下),经过又一轮的“充电——电压下降——再充电”,使得锂电池处在无数次的充放电循环过程当中,最终损害锂电池,影响锂电池寿命。
二、新锂电池到手后一般都带有一定的电量,可以立即使用,而不是一定要先充电再使用,从理论和实践来看,锂电池首次充电是采取“用后再充”还是“充后再用”的效果完全一样。这里有一个界限,出厂日期达到半年以上的最好先充电,因为此时电量过低。
三、关机充电与开机充电(实际上也是插充与座充方法形式之别)的选择不必刻意,因为对电池性能的影响是一样的,有些锂电池将充电设计在待机状态下,但这种情况相对较少。
四、就消费电子而言,在用锂电池充电时间一般为2~4个小时,新锂电池首次充电时间可能会长些,因为没有任何的容量损失,结果上也是满电即可,多充也是无用,上面已经说过原因,如果非要说有什么作用的话,也是副作用。
锂电池第一次充电时间往往会被转化为“激活”的概念,有些锂电池说明书中首次使用锂电池进行三次完全充放电的要求貌似激活,真实目的却与镍氢电池消除记忆效应并不一样,这样做主要是为了消除“钝化”,即锂电池在长达3~6个月的中转过程中会产生一些锂结晶,从而影响活性。消除钝化的过程可以在锂电池第一次充电中进行,也可以在正常的工作环境中完成,不必刻意为之。锂电池最佳充电电流日常表述中的“锂电池充电电流”是针对锂电池在充电过程中所处快速充电阶段的充电电流而言的,作为一个动态的过程,锂电池最充电电流实际上是分为三个阶段的。
1、预充电时的最佳电流:即当锂电池的初始/空载电压低于预充电阈值时,首先要经过一个预充电阶段,就单个锂离子电池而言,这个阈值一般为3.0V,在此阶段,预充电电流大约为下一个阶段——恒流充电阶段电流的10%左右。
2、恒流充电时的最佳电流:所谓恒流就是电流恒定,电压逐渐升高,此时进入快速充电阶段。大多数的恒流充电电流设定为0.4~0.6C之间,可以理解为0.5C,也就是在不考虑其他因素的情况下,大约两个小时可以充满。之所以选择0.5C,是因为这个电流很好地做到了充电时间与充电安全性的平衡。
3、恒压充电时的充电电流:就单节锂离子电池而言,当电池达到一定电压值时,即进入恒定电压充电,这个电压值一般为4.2V,在此阶段,电压不变,电流减小;这种电流减小是个依次递减过程,大多数的锂电池保护选择0.01C为终止电流,这也就意味着充电过程进入结束状态。一旦充电结束,则充电电流降为零。
锂电池最佳充电电流的核心是恒流充电时的电流设计,这里要强调的是,大多数便捷式锂电池较宜设计为0.5C充电,如,18650锂电池常规容量为1800-2600mAh,可选择1A充电,而倍率型的为1200-1500mAh,0.5C的充电电流就是0.7A。
锂电池最大充电电流严格说是由电池结构决定的,因而,各个锂电池生产厂家对此规定并不一致,有的设定为0.6C,便携式锂电池最高的规定为1C。
当然也不能忽视预充电和恒压充电的电流设计,这两个过程中,如果初始电压不低于预充电阈值3.0V,则不存在预充电过程。总的来说,在恒流充电过程前后有一个事前酝酿和运动休整的过程有利于锂电池的长期使用。锂电池自放电锂电池自放电是指电池在开路静置过程中电压下降的现象,在锰酸锂、钴酸锂、三元材料电极中,锂电池自放电现象是不可避免的。
锂离子电池自放电按照容量损失后是否可逆划分为两种:容量损失可逆,指经过再次充电过程容量可以恢复;容量损失不可逆,表示容量不能恢复。影响自放电程度的因素有:阴极和电池的制备过程,电解液的性质与浓度,电池的存放温度和储存时间,其中,对温度的依赖性比较大。
锂离子电池自放电小,且引起的容量损失大部分都可以恢复,下面以锰酸锂为例对这种现象背后的原因进行分析。
从机理上讲,充满电的锂电池自放电是由于电解质的分解反应和锂的初始嵌入反应引起的,前者不可逆,后者可逆。
进一步讲,锂在正极和负极的嵌入与脱嵌之所以能够恢复,是因为两电极都以相同速率进行自放电,从而暗含了容量平衡机理,但长期的自放电之后,两电极的容量平衡会渐被打破,且在此后充电过程中会有锂在碳负极析出的危险,造成容量不可恢复。
自放电快慢可以用锂电池自放电率来表示,不过,这个自放电率是不确定的。在机理上,主要是受电解质溶剂的氧化速率控制的,溶剂氧化主要发生在碳黑表面,低表面积的碳黑可以控制自放电速率,对于锰酸锂电池而言,减小活性物质的表面积,以及延缓溶剂在集流体上的氧化也是很重要的,以上是在锂电池制备过程中造成不同自放电率的根源。
锂电池自放电还有外部因素的影响。一是储存时间的影响,如上所述,时间越长,则锂电池正负极之间的容量平衡就会被逐渐打破并深化,电解质的分解反应也会累积一些不可逆容量损失。因而,储存时间越长,自放电率会越来越大。
锂离子电池的自放电率相对于其他类型电池来说还是微不足道的,这是由锂电池结构所决定的。因此,对于锂电池自放电率的表述一般是以一个月的容量损失来计算的。通常,锂电池在室温条件下的月自放电率为3%,但如果不注意环境则有可能加速,如在55℃以上的高温下自放电率为10%,竟然是室温下的3倍以上,虽然自放电引起的容量大部分可恢复,但这种高温下的自放电率还是惊人的,长期在不适宜的温度环境下,自然会对锂电池的终极寿命产生很大影响。锂电池充电周期锂电池充电周期与锂电池寿命有着密切的关系,一个充电周期指的是一次锂电池完全充放电过程,如果进行分解的话,一个充电周期是由一个满充电和一个满放电过程组成。锂电池寿命与其充电周期的完成次数有关,和锂电池充放电次数没有任何关系。
换句话说,锂电池充电周期是锂电池电量的表达式,它意味着电池电量由满到空再由空到满的过程。从现有电池设计中的电压角度来说,单支锂电池从空载4.2V(容量为标称容量)一直使用到2.75V(此时容量为零)再经过一个相反的过程就完成了一个充电周期。在这个过程中,如果电池是在4.2V与2.75V之间的某个电压值时开始充电就不能算作一个充电周期。从容量角度来说,2200mAh锂电池如果是在还有1100mAh容量的时候就开始充电,也不能算作一个充电周期,而只能算作半个周期。但是,按照这种方式,这块锂电池充放电次数(充电周期为500次)就达到1000次。
进一步理解,在数值上,锂电池一个充电周期等于一支满电的锂电池能够输出的总电功,仍以标称2200mAh的新锂电为例,它能够输出的电功是8.14wh,也就是说,充满电的电池足够以2200mA的电流工作一个小时,这就是完全充放电的含义。
现在设计的锂电池充电周期普遍可以达到500次,这也就是锂电池的寿命。IEC标准规定,锂电池经过500次循环后,带电量应为60%。
在这里,要纠正消费者将“可以充电1000次以上”的宣传作为衡量锂电池寿命尺度的错误认识,诚如上面所说,一次充电行为有可能完成一个充电周期,但也有可能只有半个充电周期,有些锂电池生产厂家可能出于宣传电池性能的考虑,以不严谨的参数来进行这种说明,从而误导了消费者。事实上,锂电池在容量从零到标称容量再从标称容量到零容量的过程才能算作一个充电周期的原则并没有改变。因此,锂电池的寿命可以通过一定的方法进行改善,但总是以充电周期为依据,这使得寿命的改善被限定在有限的范围内。锂电池放电深度锂电池放电深度就是指锂电池所放电量与总储存电量(标称容量)的比值。数字越小,就意味着放电越浅,比如,放电深度为80%,就是说放电到剩下20%的容量。放电深度对电池的影响是:放电深度越深,电池寿命越容易缩短;另一个方面就是在放电曲线上的表现,放电越往深度走,电压和电流就越不稳定。
放电深度与电压和电流有密切关系,可以说,表现于电压,作用于电流。
在相同的放电制度下,电压值越小,则表明放电深度越深。实用中,通常用终止电压值来进行对放电深度的控制,具体工作过程是通过保护IC来完成的,当锂电池有可能过度放电时,表现为锂电池电压低于IC过放电压检测点2.75V(有的设置为3.0V),此时,放电保护功能被激活,MOSFET由ON转为OFF截止放电,从而完成对锂电池放电深度的控制。
在锂电池由3.0V(终止电压)至4.2V(开路电压)之间的放电深度对照表中,显示出电流与放电深度的反向关系:电流越大,放电深度越浅。当电池降低到相同电压时,以0.05C放电的锂电池在3.9V时的带电量为65.6%,而如改用以0.5C放电,锂电池在3.9V时的带电量还有74.9%,这个对比说明:小电流放电更彻底,电流越小,工作时间越长,则到达相同电压下的带电量越少。总之,讨论锂电池放电的任何话题都要考虑放电制度,关键是电流。
由本文开篇可知,当用电器具发出“电量过低”的提示时,最好及时补电,而不是要等到其自动关闭,因为其结果可能就会造成锂电池深度放电,从而通过过放形式造成对锂电池的结构性破坏,影响电池寿命。新锂电池充电锂电池广泛应用于各种领域:消费电子、电动工具及至动力车等,所有这些锂电池的工作原理都是一样的,人们最关心的是锂电池寿命问题,而这与锂电池的科学使用,特别是科学充放电有密切关系,常常被人们提起的一个话题就是新锂电池怎么充电。
这个问题大多数情况是针对便携电子产品用锂电池而言的,要说明新锂电池怎么充电,前提是要明确新锂电池的充电特性:
1、新锂电池激活:锂电池芯在出厂前已经由电芯厂家激活(使用专用的充放电设备进行激活),用户拿到新电池后不需要进行前三次12小时充电激活,只需要按照正常方法充电即可;
2、新锂电池充电方法:锂电池一般有保护板,而保护板由保护IC和功率MOSFET组成,具有自我保护功能,其充电设备(充电器)也是针对性很强的,不管是插充还是座充也都是有保护电路在发挥作用,也就是说,锂电池工作与充电过程设计实施的是程序化操作,用户只需用配套的充电器为电池充电即可。
3、新锂电池充电时间:新锂电池充电时间一般取决于两个因素:一是锂电池的带电量(即剩余容量),二是充电电流。
从充电电流角度来说,科学的测试方法是以0.2C(5小时倍率)充电,不考虑其他因素,从2.75V充电到4.2V需要5个小时。但实用中,厂家在为电池设计充电器时可以更加快速一些,通常为2-4个小时充满;大容量锂电池当然是不一样的,比如,动力锂电池可能真的要10多个小时才能充满。
锂电池带有多少电量与放电深度有关,如80%的放电深度意味着:充电之前锂电池还带有20%的剩余容量。新锂电池也会带有一定的电量,从锂电池生产厂家出来时会有50~60%的电量,由于锂电池自放电很小,所以,这50~60%的电量损耗的较慢,一般情况下,如果电池出厂在3个月以内是可以直接使用而不必充电的,搁置半年以上(从电池出厂时算起)的新锂电池最好先充电再使用,因为要防止过放。3~6个月之间是先充还是先用对锂电池的性能没有大的影响。
从理论上来看,充电时间是容量与电流之比,很显然,在充电电流一定的情况下,新锂电池充电时的带电量大,则需要的充电时间自然要少的多,这很容易理解,因为需要补充的电量小。由于考虑到电池内部阻抗的存在要消耗一些电流,因而实际充电时间会大于上面所说的理论充电时间,根据电池带电量的不同,会在这个基础上存在一个1.1~1.6范围的系数。现实当中,充电时间是由保护IC设置过充电压值来实现的,即一旦充电到4.2V附近,锂电池会自动停止充电,届时,会有指示灯指示。锂电池保护方案所有锂电池保护方案都是以锂电池保护板为载体,以保护电路为表现形式的,保护电路通常由保护IC和两个功率MOSFET组成,保护IC负责监控有关参数,MOSFET负责实施电源保护。
在锂电池保护方案设计中,必须达到以下六个目的:
1、过度充电保护的高精度化:使电池充电到饱满状态时兼顾到安全性,目前的精度为25mV,尚待进一步提高;
2、降低保护IC的耗电:MOSFET关断的情况下,电池本身仍有自放电及保护IC的消耗电流存在,需要尽可能地将保护IC消耗的电流降到最低程度;
3、过流/短路保护需有低检测电压及高精度的要求。过流/短路时是以MOSFET的Rds(on)为感应阻抗监视电压的下降过程,此时的电压若比电流检测电压还高时即停止放电,因此需使该阻抗值尽量低,目前该阻抗约为20mΩ~30mΩ;
4、耐高电压:表现在充电时,电池包与充电器连接时瞬间会有高电压;
5、低电池功耗:保护状态时的锂电池电流必须小于0.1μA;
6、零伏可充电:有些电池因放的太久或其他非正常原因导致电压降到零伏,故保护IC需在零伏时可充电。锂电池保护电压锂离子电池的充放电过程要设置充电电压上限和放电电压下限,因此,锂电池(这里指锂离子电池)保护电压分为锂电池充电保护电压和放电保护电压。
就单支锂电池而言,充电时的保护电压一般标准是4.2V,也有性能更好的锂电池可以设计为4.35V,由于产品的一致性问题,实际上的充电保护电压会允许一个微小的浮动空间,如在±0.05V之间。
放电时的保护电压一般标准是2.75V,为了更安全地使用电池,有的将保护电压设计为3.0V,另一方面,为了放出更多电量,有些锂电池厂家会将保护电压设置为2.5V或者2.4V。
锂电池保护电压是锂电池设计中极为重要的参数,实用中,我们应该把充电保护电压看作锂电池最高电压,而把放电保护电压看作最低电压,严格遵守这两个电压值的规定就不会造成锂电池的过充和和过放,从而更好地维护锂电池的使用寿命。
由单节锂电池组成的锂电池组一般被称为多芯锂电池,这种多芯锂电池保护电压是单节锂电池的保护电压与串联电池个数的乘积,如7.4V锂电池的保护电压是2.75*2=5.5V。
锂电池和多芯锂电池的保护电压其实都写在它们的保护IC上,电池就是根据这些IC指示工作的。也就是说,这些电池都有自保护功能,我们在使用电池时,要仔细阅读说明书,明白其自我保护的表示方法。锂电池放电终止电压锂电池放电终止电压是关系到锂电池使用寿命的一个重要应用参数。为此,要首先明确这个概念的含义:
1、锂电池在这时是特指“锂离子电池”,因为习惯,日常生活中人们常常把锂离子电池口语化为锂电池,这是与专业名词应用相区别的地方,
2、锂电池放电终止电压是指锂电池放电都某一电压后,不宜再继续放电,否则会造成锂电池部分电量不可逆损失,严重的会彻底损坏电池。
现在的单支锂电池标称电压一般设计为3.7V,终止电压为2.75V,有两种情况使厂家将终止电压上限提高到3.0V,一是锂电池材料决定的电化学性质,这往往是从更加安全使用电池的角度考虑;二是与特定的用电产品和用电环境相联系。当然,也有相反的情况,可以把终止电压设计更低,如2.5V和2.4V,但是没有低于2.4V的了。
如果放电时的工作温度是在-20~60℃范围内,终止电压为2.75V的锂电池其实也可以继续放电,但绝对不能低于2.5V,正如前面所说,在2.75V~2.5V之间的损失可能是部分的,而在2.5V以下就会造成最严重的破坏,使电池不能用。
锂电池组也有终止电压,这种锂电池组有时被称为“芯锂电池”,“芯锂电池”的放电终止电压不应小于2.75×n(n为串联电池数),以笔记本电脑最为常用的6芯锂电池为例,这种6芯锂电池常常采用3串2并的组合方式,因此,这种锂电池放电截止电压为2.75V×3=8.25V,实用中最低不能低于2.5V×3=7.5V。
事实上,由于锂离子电池价格相对较为昂贵,因而,无论是单支锂电池还是多芯锂电池都带有保护板或保护IC,当电池电压到达终止电压后,电池都会通过用电器具发出一定的信号,使用者谨记操作方法。6芯锂电池容量6芯锂电池是人们常常用到的锂电池组,因而,6芯锂电池容量也成为人们关心的问题,认识6芯锂电池容量就要从锂电池电芯说起。
比如,在笔记本电池中,除了6芯组合,常用的还有4芯、9芯,但6芯最多,这是因为6芯锂电池组的电压和容量适用于大多数的工作环境,无论是几芯锂电池,所采用的都是18650电芯。
国内笔记本用的18650电芯容量通常为2200mAh,这可以解释为:以3.7V电压,2200mA电流供电,可以使用1小时。按照功率的计算公式:
电功(W)=电压(U)×电流(I)×时间(t)
则一支18650电芯一次完全放电的输出电功为2200mA×3.7V×1h=8.14wh。进口电池可以做到单支2400mAh和2600mAh,如果是2600mAh,则一支锂电池完全放电的电功为9.62wh。
根据不同的用电器具的特点,电池生产厂家可以把6芯锂电池设计成不同的容量和电压以应用于不同的工作环境。
6芯锂电池通常有两种容量设计,最多的是三串两并方式,先用两支电池并联,再把得到的三组电池串联起来,这时的标称电压是11.1V,容量为4400mAh;另一种标注为7.4V/6600mAh,是采用三并两串方式,先用三支电池并联,再把得到的两组电池串联起来,这是一种7.4V锂电池的典型应用。
这两种容量的总输出电功是一样的,都是8.14wh×6=48.84wh。
同理,以2600mAh进口18650电芯组合而成的6芯锂电池参数为:
三串两并方式下:11.1V/5200mAh,一些电池厂家对外宣传称为12V大容量锂电池;两串三并方式下:7.4V/7800mAh;但两种容量总的输出电功是相同的,即9.62wh×6=57.72.wh。
6芯锂电池容量形成于采用的组合方式,实际选择什么样的6芯锂电池容量则要视具体用电器具而定,在用电环境当中,特别要考虑到适用的工作电压。6芯锂电池电压电压是电池的重要参数之一,6芯锂电池是笔记本电脑中最常用到的电池组合,6芯锂电池电压是根据笔记本电脑的需要而设计的。
6芯锂电池内部采用18650电芯,目前,单节18650电芯的电压一般为3.7V,也有3.6V的,但以3.7V为主流。
以3.7V为基础,6芯锂电池有两种电压组合方式:7.4V和11.1V,以186502200mAh
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