锂电池充电方法研究

锂电池充电方法研究（精选12篇）

锂电池充电方法研究 篇1

0引言

锂电池作为便携式产品的主要电源已被广泛应用,为充分发挥自身的储能特性,它对配套充电设备也提出了更高的要求。因此,设计具有充电安全,满额充电,快速充电等特性的充电器成为电子设备生产的重要课题。

目前最常用的锂电池充电方法是恒流 - 恒压(CC-CV :Constant Current-Constant Voltage)充电法。这种方法的原理是在CC充电模式下,采用恒定的大电流对电池充电,此电流接近电池可承受的最大电流,电池两端电压慢慢上升,当电池两端电压达到充电限制电压后转为CV充电模式,在CV模式下恒定电压设定为电池的限制电压,保证不发生过充现象,即此时电池两端电压保持恒定,因电池内阻的缘故充电电流逐步减小,充电器检测这时的充电电流大小,当充电电流值小于0.01C(C指电池容量)时认为充电已满,终止充电。

通常一个充电器需要适用于不同容量的锂电池充电,若单纯以充电电流值来终止充电,则不同电池对应不同的电流值,无法做到自适应。

1基本设计

通过对上述技术的一个改善,我们提出了一种恒流 - 恒压 - 脉冲 (CC-CV-Pulse) 充电模式的锂电池充电方法。在CC充电模式下,同上述常规方法一样,采用恒定的大电流对电池充电,之后转为CV充电模式。在CV模式下恒定电压设定为电池的限制电压,保证不发生过充现象,即此时电池两端电压保持恒定,因电池内阻的缘故充电电流逐步减小,充电器实时检测充电电流大小。当CV阶段的充电电流减小到恒流值的一定百分比时转换为Pulse模式,即脉冲充电模式,并在脉冲中止充电期间检测电池的开路电压,判断电池是否充满,若电池充满则终止充电。

这种充电方法的优点是,通过检测电池的OCV(Open Circuit Voltage,开路电压)来判断电池满电,既能够有效避免电池过充,又不依赖于充电电流大小来结束充电,能适应不同容量的电池 ;并且在采用CV模式充电一段时间之后才开始脉冲充电,比一进入CV模式就开始脉冲充电更能有效的缩短充电时间,提高充电效率。

2详细控制技术

我们所提出的充电方法所用的基本充电电路框图如图1所示。详细充电方法和电路的工作情况是 :

当充电电源接入时,控制电路控制开关电路使充电电源与恒定电流电路连通,进入CC恒流充电阶段。此时充电电源以恒定的大电流给电池充电,电流值一般是电池容量的0.5~1倍,直至电压检测电路检测到充电时电池电压达到电池限制电压值(如4.2V)时,控制电路控制开关电路使充电电源与恒定电流电路断开继而与恒定电压电路连通,进入CV恒压充电阶段,并以恒定电压为电池限定电压值(如4.2V)给电池充电,保证不发生过充。

在CV恒压充电阶段,当电流检测电路检测到充电电流在恒压阶段下降低到恒流电流值的特定百分比时(如30%)时,通过时钟电路和控制电路控制充电电源与恒定电压电路的连通与断开,使系统进入Pulse脉冲充电阶段。此处的特定百分比一般设置为50% 以下 &10% 以上,目的是避免过早的进入脉冲充电阶段因累计的中止时间过长而降低充电效率,同时过晚的进入脉冲充电阶段导致电池很快就满电了。

在Pulse脉冲充电阶段,第一步,控制电路控制开关电路使充电电源与恒定电压电路连通给电池恒压充电,同时时钟电路开始计时,当计时时间达到预设的脉冲充电时间Ton,将时钟电路的计时清零。第二步,控制电路控制开关电路使充电电源与恒压充电电路断开从而进入脉冲中止阶段,同时使时钟电路开始计时,当计时时间达到预设的中止时间长度Toff,将时钟电路的计时清零。第三步,通过电压检测电路检测电池的开路电压是否大于等于电压预设值(如4.18V),若大于等于电压预设值,则认为电池充满电,从而终止整个充电,否则认为电池未充满,循环执行脉冲充电。其中Ton和Toff可以是相等的数值,如20秒,也可以是Toff固定为20s而Ton在脉冲充电阶段逐从10分钟渐减小到20s。理想的充电电压电流曲线如图2所示。

3 实测结果

本芯片采用Actions公司0.18μm的CMOS工艺流片,上述特定百分比取50%,Ton取130s,Toff取12s,测试结果验证了本文提出的CC-CV-Pulse充电模式的实现。充电完成后,锂电池电压为4.185V。电压电流曲线如图3。

4 结束语

该充电方法的使用,可以保证电池不过充,同时以电池开路电压作为充满电的判断标准,可大大提高电池兼容性。

锂电池充电方法研究 篇2

我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池(Ni/Cd)和镍氢电池(Ni/MH)来讲的。具有工作电压高比能量大循环寿命长自放电率低无记忆效应等优点。

目前锂电池公认的基本原理是所谓的“摇椅理论”。锂电池的冲放电不是通过传统的方式实现电子的转移，儿时通过锂离子在层壮物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常冲放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从冲放电反映来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。在冲放电时锂离子在电池正负极往返出入，正像摇椅一样在正负极间摇来摇去，故有人将锂离子电池形象称为摇椅电池。

锂电池日常使用过程中的误区。对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：充电时间一定要超过12小时，反复做三次，以便激活电池。这种“前三次充电要充12小时以上”的说法，明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法，可以说一开始就是误传。经过抽样调查，可以看出有相当一部分人混淆了两种电池的充电方法。

锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。

因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电

通常，手机说明书上介绍的充电方法，就是适合该手机的标准充电方法。

此外，锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说

，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，

所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。

关于锂离子电池充放电循环的实验表，关于循环寿命的数据列出如下：

循环寿命(10%DOD):>1000次

循环寿命(100%DOD):>200次

其中DOD是放电深度的英文缩写，

从表中可见，可充电次数和放电深度有关，10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然

如果折合到实际充电的相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还是要比较好一些。但是锂电池的寿命主要体现在充放电周期上，这个周期是一个绝对概念，上次使用了30%电力，充满电，下次又使用了70%的电力，又充满电，这个刚好是一个充电周期。所以还是遵循锂电池发明者的口号“即用即充，即充即用”的方法使用锂电池。

超常时间充电和完全用空电量会造成过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来.这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片.其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值.这些数值在使用中会逐渐变化.使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况.电量统计芯片通过记录放电曲线(电压，电流，时间)可以抽样计算出电池的电量，这就是我们在BatteryInformation里读到的wh.值.而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的.所以我们需要深充放来校准电池的芯片.

锂电池的前三次充电正确方法和日常使用的注意事项。

前三次充电的时候完全没有必要进行超常时间充电如12小时来激活电池，充电电路本来就有保护，插上也没用的。

常使用过程中应避免完全放电(使用到黑屏断电)。

长时间放置未用，或者频繁即充即用一段时间后，方法就是一次完全的充放电，之后电池就可以即用即充，只有在长时间使用后才需要再次进行再次完全充放电重新校正。

如果要长之间一块电池不用，建议充电到40%再进行放置，以便保护电池。

为电池充电加速 篇3

现在市面上大多数充电电池均为锂离子电池，这种电池能够在单位重量下携带更多的能量。锂在锂离子电池正负极材料中存在的形态既不是离子形态，也不是原子形态，而是介于原子与离子的中间形态，我们称其为“锂亚原子”。充电时，“锂亚原子”失去电子变成离子后进入溶液，锂离子在电场作用下到达负极，与从外电路过来的电子形成“锂亚原子”，存在于负极材料中。放电则相反，“锂亚原子”失去电子变成锂离子进入溶液，在电场作用下迁移到正极，与外电路过来的电子形成“锂亚原子”存在于正极材料中。现阶段广为应用的锂离子电池可以储存大量电能并平稳释放电能，但是不能在瞬间大量释放或获取电能。常见的锂离子电池每分钟充电量为总容量的2％～3％，完全充电时间大约需要几个小时，有时候还会更长。研究人员通常认为，这种情况缘自“锂亚原子”和电子共处时，在电池材料中活动太缓慢。

针对这一点，日本东芝公司研发出一款“超级充电离子电池”。这种电池的特别之处是在电池负极上使用了一种可以在大约1分钟的时间内吸附80％的锂离子的特殊材料，这样就可以做到快速充电，只要短短10分钟便可以把电池电量充至90％左右。这种电池比锂离子电池更耐用，锂离子电池一般能充电500次，这种电池能充电5000～6000次，而且这种电池有多种安全措施：防短路，耐热，不怕高电压。

最近，又有两位来自美国麻省理工学院(MIT)的材料专家宣布，他们开发出制造充电电池的新技术，可以大幅缩短手机和汽车的充电时间。两位专家在英国《自然》杂志上发表报告说，利用这种新技术制造的手机电池可以在10秒钟内完成充电，汽车电池可以在5分钟内完成充电。这项技术为新一代充电电池的诞生铺平了道路。

MIT的材料科学家采用的办法和东芝公司类似，也是经过改良锂离子电池的负极来保证锂离子电池在几秒钟内充电完毕。他们尝试将磷酸锂铁加入到锂离子电池的负极当中。这时负极由磷酸锂铁的微小颗粒构成，锂离子就在这些微粒的内部无规则地摆动。

两位专家通过计算机模型发现，锂离子一旦找到一个入口，便会迅速钻入这些微粒。然而它们往往只是在这些微粒的表面徘徊，难以找到一个真正的入口。因此，问题根源其实在于如何使这些锂离子进入能够将它们与电子分离的极微细通道。后来，他们通过在磷酸锂铁微粒的表面覆盖上一层碳，部分解决了这一难题——这些碳将帮助锂离子在磷酸锂铁微粒的表面更加迅速地移动，并最终找到一个入口。最后，他们又在这一基础上进行了新的改良：将微粒表面的碳外衣转换为由磷酸锂制成的传导性更佳的玻璃样材质涂层。利用这个涂层可以将锂离子导入极微细的通道，使它们能够迅速到达终端。

结果表明，由新材料制成的小电池能够在短短的10秒钟内充电完毕，这比没有“玻璃外衣”的磷酸锂铁电池的充电速度快了30倍，更比商用锂离子电池快了100倍。

两位专家还表示，由于这项技术不需要新材料，只是改变制造电池的方法，所以用两年到三年时间就可以将这项技术市场化。这意味着电力储存技术的革新，同时也给环保型汽车和可再生能源的发展带来便利。对此，美国加利福尼亚州劳伦斯·伯克利国家实验室的材料科学家及电池专家马尔卡·德夫(Marca·Doeff)表示：“这真是一个非常棒的概念。”这甚至将是生活方式的改变。

锂电池充电方法研究 篇4

关键词：电动汽车电池,充电电路,充电方法,控制方法

0 引 言

从20 世纪90 年代初起,世界各大汽车集团公司都在电动汽车上投入了较大的资金,并研制出多种电动汽车及电动汽车概念车,如Ford 的Think city , GM 的EV1 , Toyota 的RAV4 、Prius 和FCEV ,Honda 的EV,再如Plus、Insight 和FCX2V3 等[1,2,3] 。国内在国家电动汽车重大科技专项启动后,全国各地也掀起了一股研制和开发电动汽车的热潮。电动汽车内部的储能元件(即车载电池)的快速充、放电问题一直是掣肘电动汽车发展的主要瓶颈之一。目前已经研究出来的充电方式有恒流充电、恒压充电、浮充充电和脉冲充电等。恒流与恒压充电,前者易出现过充现象损坏电池,后者的充电效率太低;浮充充电只能针对剩余容量较大的电池;而脉冲充电由于充电后期所需的电流很小,开关导通占空比很低,控制难以实现。因此用现有充电策略对电池充电效率均很低,如比亚迪电动汽车F3DM完全充满需6 h,而针对不同电池需要有不同的充电策略,所以选择最有应用前景的电池并针对该电池设计高效安全的充电策略就显得十分必要。

电动汽车动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池3种[4,5,6]。

锂蓄电池具有体积小、质量能量比高、质量功率比高、电压高、环保无污染等优点,它的能量密度可以达到镉镍蓄电池的1.5～3倍,锂蓄电池单元蓄电池的平均电压为3.6 V,相当于3个镍镉蓄电池串联起来的电压值,因此它能够减少蓄电池组的数目,从而可以降低因单元蓄电池电压差所造成的蓄电池故障发生的概率,因而可以延长蓄电池组的使用寿命,这对电动汽车而言具有很大的意义[7]。锂电池无记忆效应,其自放电率很低,稳定性好,不使用时内部基本不会发生化学反应。此外,由于内部不含有害重金属,具有很好的环保性。

锂电池的缺点是在强烈碰撞或高温中易发生爆炸。为了解决这个问题,磷酸铁锂电池应运而生。磷酸铁锂电池经过严格的安全测试,即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸,而且有很强的耐高温特性,是所有动力电池中最有应用前景的一种。

基于以上分析,本研究采用磷酸铁锂电池作为充电测试对象,利用电力电子功率变换器,通过分段充电策略,实现对锂电池的安全快速充电。

1 电动汽车充电装置总体设计

1.1 基本要求

由于锂电池是车载动力电池中最有应用前景,较之镍氢电池和铅酸电池具有明显优势,且磷酸铁锂电池已经基本解决了锂电池不稳定易爆炸的缺点,故该电动汽车智能充电系统的设计,主要是针对锂电池。具体来说,系统应实现以下几点:

(1) 能对电池进行快速充电,能通过电池管理系统检测出电池充电时的初始容量,并做出相应的判断,选择合适的充电方法[8]。

(2) 能有效进行电压、电流和温度的采样,通过反馈环节将电压或电流稳定在额定的范围内,保证充电电流最大的同时电池安全可靠[9]。

(3) 通过保护电路实现系统运行的安全性,当温度或者电流超过额定最大值时,保护电路能迅速切断相应的开关元件。

1.2 系统的主要设计指标

系统主要设计指标如下所示:

(1) 输入电源:交流单相,相电压220 V;

(2) 输出直流电压:0 V～62 V可调,电压显示;

(3) 输出直流电流:0 A～60 A可调,电流显示;

(4) 自动检测整个电池组的充电电压,过压时能迅速进入保护;

(5)自动检测整个电池组的充电电流,过流时能迅速进入保护;

(6) 可由用户灵活设定充电电流的额定值和最大值,充电电压的额定值和最大值,并能进行实时调节,自动控制充电过程。

1.3 充电方法的选择

充电初期电池端压较低,所以可以采用恒流充电以提高充电速度,当电池电压达到了额定最大值时,转为恒压充电,从而避免过充。最后采用浮充充电使电池达到满充状态,当充电电流低于0.02 C时停止充电,如图1所示。

该方法既提高了充电效率,又避免电池由于过充而损坏,最后通过浮充方式使电池达到满充,可以提高电池的使用寿命,最大限度地利用了电池的容量。

1.4 充电电路总体框架

该系统包含两个主要部分,充电主电路和充电控制回路如图2所示。三相整流和全桥DC-DC变换器组成了充电主回路,控制回路主要由DSP、扩展RAM、IGBT驱动保护电路、IGBT温度监测电路、三相电流电压监控电路、蓄电池状态监测保护电路等构成。充电系统在工作时,控制回路对主电路进行检测与反馈控制,维持充电电压和电流处于合理范围内,实现对电池组的安全、快速和智能充电。

2 充电主电路设计

电路输入为三相220 V交流市电,本研究采用单相桥式不控整流模块,将输入交流电转化为直流;其输出端的电容可以稳定直流母线电压,同时滤除高频干扰信号。采用这种整流模块可以在缩小变换器的体积同时得到更高的功率密度。DC-AC-DC环节包括全桥逆变器和单相整流模块。本研究通过检测充电电流和充电电压进行电压和电流负反馈以控制IGBT开关的开通和关断,从而实现恒流和恒压的输出。最后输出的直流电经过LC滤波后为电池充电。

该变换器由于采用了不控整流模块,比普通整流电路体积更小,集成度更高,而且功率密度较高。通过由全桥逆变器将整流输入的直流电逆变为交流电,经过变压器降压后由整流电路将交流电转换成动力电池所需的直流电,这样在得到所需的额定电压或电流的直流源的同时,还能保证滤除电网输入的或由开关器件产生的纹波(高频干扰信号),使供给电池的直流电较为理想。同时变压器使电网与电池之间实现电气隔离,充电过程更为安全可靠,供电质量也得到提高。又因为使用的功率开关较少,故控制容易实现,快速性较好,电压和电流的可调范围很宽,每个开关管承受的关断电压比一般的单管DC-DC变换电路小,这样有利于该电路应用于大功率场合。

3 控制策略

系统的充电控制由DSP2812芯片实现,包括对蓄电池的电流电压和温度采样进行分析和处理,输出控制信号,实时调整电路开关IGBT的占空比,控制充电电流大小,判断恒流充电转恒压充电的转换时刻等。控制的流程如图3所示。

充电开始时刻,先检测电池参数,若电池端电压低于给定最小值(电压过低),则进入涓流充电模式,并实时监测电池的端电压,直到电压达到给定值。当端电压等于或大于给定值时,标志着电池的剩余容量达到恒流充电的标准,立刻进入恒流充电模式。恒流充电阶段,DSP对反馈的电压值与额定的最大充电电压进行比较,当检测到的电压到达额定最大值时,进入恒压充电模式,这样可以保证锂电池不过充,从而避免损坏电池。恒压充电阶段,本研究通过检测电池温度,保证充电安全,若温度过高,则停止充电。当充电电流小于0.02 C时,充电完成。

4 实验与分析

本研究对锂电池进行充电实验,电池标称容量15 Ah(1 C),标称电压3.2 V,充电最大电压3.65 V,放电终止电压2.0 V。以1.0 C(15 A)恒流充电至电池端压达到3.65 V,再恒压充电至充电电流小于0.02 C(0.3 A)为止。本研究分别通过示波器采集恒流充电波形,恒压充电阶段波形,测试装置保护功能,由波形软件WaveStar生成图像。充电过程中电池端压会有所升高,充电停止静置15 min后即回复原值。

本研究首先将锂电池放电至端压为2.2 V,先进行涓流充电,使端压上升至2.6 V,然后进行恒流充电。与其他充电方式相比,恒流充电的效率最高,而由于该过程中电池电压未超过最大电压,不存在过充的危险,较纯恒流充电方式更为安全。恒流充电过程中电压、电流波形如图4所示。

当电池端压达到3.65 V 时,转入恒压充电,恒压充电时,电流线性下降,电压维持不变。通过这种方式可避免电池过充,充电效率也能得到保证,波形图如图5所示。

由恒压充电转换为涓流充电时刻的波形如图6所示,电流曲线下降,直到0.02 C时充电停止。这样可以保证电池满充,延长其使用寿命。

当电池端压高于给定时,系统经过延时,端压仍然高于给定值,则迅速进入保护,停止给电池充电,波形图如图7所示。

本研究通过定时采样,获得锂电池电压电流充电特性曲线,如图8所示,其中纵轴为电压和电流,电压单位为V/格,电流为5 A/格,横轴为充电时间。 其充电特性曲线基本符合理想的锂电池分段充电特性曲线,恒流充电阶段电压线性上升,恒压充电阶段电流线性下降,最后进入浮充阶段,电流降为0.02 C(0.3 A)表示充电结束。据特性图可得,电压达到额定值的时间约为30 min,达到满充状态也仅80 min,远低于常规充电方法,且经过浮充充电后,电池端电压稳定为额定值,充电质量理想,因而证明锂电池在较短的时间内获得了理想的充电效果。

本研究通过对比试验数据和其他充电方式的相关参数,可以得到如表1所示的充电方式特性对比结论。

5 结束语

本研究通过对电动汽车电池的比较,选择磷酸铁锂电池作为充电对象。并在分析众多充电拓扑和充电方法的基础上,设计出一种快速可靠的分段充电策略:充电初期采用恒流充电以提高充电效率;当电池端电压达到了充电最大值时,转为恒压充电,从而避免过充;最后采用浮充充电使电池达到满充状态。本研究运用该充电策略,以DSP芯片作为控制电路核心,实时监测电池端电压和电流,通过运算比较反馈信号对功率变换器主电路进行控制,使其实现对电池的分段充电。实验表明:分段充电策略比恒流充电方式更为安全,不会过充;比恒压与浮充方式更为高效;比脉冲方式更易于控制,且可靠性更高。它可以实现对磷酸铁锂电池的高效安全充电,且充电质量理想,具有很好的应用前景。

参考文献

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调查常用可充电电池 篇5

一、常用可充电电池按电极材料和电解液性质可以划分为多少种类？

1、按电池所用正、负极材料划分包括：镍系列电池，如镍镉电池、镍氢电池等；铅系列电池，如铅酸电池等；锂系列电池、锂镁电池。

2、按电解液种类划分包括：碱性电池，电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电池，如：镍镉电池、镍氢电池等；酸性电池，主要以硫酸水溶液为介质，如铅酸蓄电池；中性电池，以盐溶液为介质；有机电解液电池，如锂电池、锂离子电池等。镍镉电池（Ni-Cd）电压：1.2V 使用寿命为：500次

放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度 备注：耐过充能力较强。

镍氢电池（Ni-MH）电压：1.2V 使用寿命为：1000次

放电温度为：-10度～45度 充电温度为：10度～45度

备注：目前最高容量是2100mAh左右。

锂离子电池（Li-lon）电压：3.6V 使用寿命为：500次

放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度

备注：重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构=>爆炸。

锂聚合物电池（Li-polymer）电压：3.7V 使用寿命为：500次

放电温度为：-20度～60度 充电温度为：0度～45度

备注：锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。

铅酸电池（Sealed）

电压：2V

使用寿命为：200～300次

放电温度为：0度～45度 充电温度为：0度～45度 备注：就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达十年，但体积和重量是最大的。

二、可充电电池充电时要注意什么？

[镍电池]

1）使用非智能的充电器一定要控制充电时间，充电时间=电池容量除充电器的充电电流乘1.2倍，过度充电会造成电池寿命缩短。

2）镍氢充电电池一使用完最好立即充电，不要等待与其他电池一起充电，放完电的电池存放容易造成电池过放电造成极板短路，造成电池永久损坏。

3）电器长期不用，应将充电电池从电器上取下，将电池充满电，装入电池盒中，并保持每年至少充电一次。新电池或者长期不用的充电电池，初使用容量不足是正常的，一般的条件下只要经过3-5次循环充放电使用即可恢复容量。

4）在使用充电电池时，建议最好将一对同品牌、同容量、同年终奖的电池用于同一种设备上，并将它们一同充电。最好不要混用不同品牌和容量的电池。这是因为市面上大多充电器出于成本和体积的考虑，并不对单个电池独立充电、独立控制的，而是将两个电池串联后再接入同一组充电和控制回路中。这样串联的两个电池的充电电流和、充电时间都是一样的，一旦串联的两个电池容量不同，或电池内的剩余电量有差异的话，其中容量较小的或剩余电量较多的电池必然先充满电。这样由 于另一支电池尚未充满，充电器将继续对电池组充电，这就必然导致先充满电的那支电池过充，发热量剧增，从而损坏电池，严重的甚至发生爆炸。

5）镍镉和镍氢电池的记忆效应不容忽视，电池容量随充放电次数的增加而减小。尤其是当它们使用于耗电量较大的DC或相机伴侣时，当电池还有大量的残余电能时，其输出电量已无法满足设备的要求。残余电量的累积，将增加电池的记忆效应。要减小电池的记忆效应，最简单的方法就是对充电电池进行放电。对电池放电也是有一定技巧的。首先，绝对不能使用短路电池正负极或采用大电流的方法放电。因为充电电池内电阻小，短路时将产生非常大的电流从而可能损坏电池的电极，造成电池损坏。同时，大电流放电也会产生大量热量，可能损坏电池。建议将电池放入用电量较小的设备中进行自然放电，如MP3或者收音机。当这些设备无法正常开机或使用时，放电也就差不多了。这样既不会过度放电，也避免了大电流放电造成的损坏。

6）按充电的速度，充电器可以分为慢速充电器和快速充电器。慢速充电器和快速充电器并没有什么明显的界限，而是和使用的充电器及充电电池的容量有关。不管电池是1200mAh还是1600mAh，其容量都被定义为1C。在充电时，充电电流小于0.1C时，为涓流充电。充电电池为0.1到 0.2C时，为慢速充电。充电电流大于0.2C小于0.8C时为快速充电，而当充电电流大于0.8C时为超高速充电。即200mA电流，对于800mAh 的电池，其充电电流为0.25C，为快速充电，对于1600mAh的充电电池，其充电电流为0.125C，刚为慢速充电。[铅酸蓄电池] 1）蓄电池的首次充电称为初充电，初充电对蓄电池的使用寿命和电荷容量有很大的影响。若充电不足，则蓄电池电荷容量不高，使用寿命也短；若充电过量，则蓄电池电气性能虽然好，但也会缩短它的使用寿命，所以新蓄电池要小心谨慎地进行初充电。对于普通蓄电池在使用前一定要按充电规范进行初充电。对于干荷电铅蓄电池，按使用说明书，虽然在规定的两年储存期内若需使用，只要加入规定密度的电解液搁置15min，不需要充电即可投入使用。但是，如果储存期超过两年，由 于极板上有部分氧化，为了提高其电荷容量，使用前应进行补充充电，充电5h-8h后再用。

2）蓄电池经常过量充电，即使充电电流不大，但电解液长时间“沸腾”，除了活性物质表面的细小颗粒易于脱落外，还会使栅架过分氧化，造成活性物质与栅架松散剥离。

3）由于蓄电池正负极板材料不同，除了活性物质外，负极板还添加了硫酸钡、腐殖酸、炭黑和松香等材料，用来防止负极板收缩和氧化。另外，每个单格蓄电池的负极 板数又总是比正极板数多一片，而且负极板比正极板略薄。当进行蓄电池的初充电或补充充电时，若不注意极性，会使蓄电池充反，使正、负极几乎都变成粗晶粒的PbSO4，造成蓄电池电荷容量不足，不能正常工作，甚至导致蓄电池报废。因此，充电时一定要注意极性，切不可极性充反。[锂电池]

1）在使用锂电池中应注意的是，电池放置一段时间后则进入休眠状态，此时容量低于正常值，使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活，只要经过3—5次正常的充放电循环就可 激活 电池，恢复正常容量。由于锂电池本身的特性，决定了它几乎没有记忆效应。因此用户新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的。

2）对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：充电时间一定要超过12小时，反复做三次，以便激活电池。这种“前三次充电要充12小时以上”的说法，明显是从镍电池（如镍镉和镍氢）延续下来的说法。所以这种说法，可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电。此外，锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由

三、哪些种类的电池对环境有较大的污染，哪些则相对干净？

解读USB－IF电池充电规范 篇6

摘要：本文将对USB-IF(USB开发者论坛)最新颁布的电池充电规范v1.1版本做一个概要性的描述，并对相关测试规范做简单介绍，希望给于USB便携设备产品厂商和用户以参考和帮助。

关键词：Battery charging；电池充电规范；USB充电器；USB兼容认证测试

背景

2009年4月，全球移动通信系统协会(GSMA)联合OTMP(手机开放组织联盟)17家移动运营商和制造商宣布实施跨行业的通用充电器标准，此标准采纳了USB-IF的micro-USB接口作为手机数据和充电的统一接口，并采纳USB-IF的Battery Charging规范作为充电规范。USB-IF公布了1.1版的BaRery charging规范(以下简称为BC规范)，比起两年前公布的1.0版本，这个新版本有了较大更新和补充。同时，与之配套的测试规范也正在制定中，预计将在年内颁布和实施。届时USB Battery Charging相关测试项目将纳入到USB兼容测试认证中。

电池充电规范

原有USB2.0规范并没有考虑到使用USB接口为便携式设备的电池进行充电的需求，而这样的需求却越来越多。BC规范要解决的就是这个问题，符合规范的设备和系统即向下兼容USB2.0标准，又针对充电做出了特别的优化。

实际上，BC规范的核心内容就是引入了充电端口识别机制。一个符合BC规范的便携式USB设备或OTG设备通过这套机制可以识别出是插到了一个标准的USB下行接口(StandardDownstream Port)；一个USB专用充电器(usB Charger)；还是一个针对充电做过优化的USB下行接口(chargingDownstream Port)。然后、这些设备将根据不同的情况，按照BC规范的要求来获取不同的电流。

便携式设备和三种USB充电接口

·Portable Device

Portable Defice(以下简称PD)指电池供电的便携式USB外设或者OTG设备，可以通过USB接口来为自身的电池充电。BC规范建议这些的PD应该具备相应的端口识别能力和对从USB总线获取电流的控制能力。

·Standard Downstream Port

基本上，这个standardDownstream Port指符合现有USB2.0规范的主机(HOST)或集线器(HUB)上的下行USB接口。根据USB2.0规范，当USB外设处于未连接(un-connect)或休眠(suspend)的状态时，一个StandardDownstream Port可向该外设提供不超过2.SmA的平均电流：当外设处于已经连接并且未休眠的状态时，电流可以至最大100mA；而当外设已经配置(configured)并且未休眠时，最大可从VBUS获得500mA电流。

·Charging Downstream Port

Charging Downstream Port是即兼容USB2.0规范，又针对USB充电作出了优化的下行USB接口，它可以是主机上的USB接口，也可以是USB集线器上的。这些下行USB接口能配合Portable Device完成充电端口识别动作，并提供最大至1.5A的供电能力，满足PD大电流快速充电的需求。

今后很有可能会出现这样的产品，一台笔记本电脑上1个ChargingDownstream Port和多个StandardDownstream Port同时存在，用户可以将手机或其他PD连接到ChargingDownstream Port进行快速充电、并且在充电的同时可以进行数据连接。

·USB Charger

BC1.1规范中定义的USB Charger与目前市面上可以买到的USB专用充电器类似。USB Charger通过USB口为PD提供充电所需电能，BC1.1要求将USB Charger中的D+和D-进行短接，以配合PD的识别动作，但它不具备和USB设备通信的能力。规范中对usBCharger的电压电流输出能力做出了较严格要求，以确保PD的安全。

USB端口识别机制

Bc规范的核心在于充电识别机制，通过这个机制，当PD插入到USB接口时，PD将识别出所插入的USB接口类型。

当PD插入到usB接口以后，它向D+上加载一个0.6V左右的电压(VDP_SRC)，随后，PD开始检测D-线上的电压，查看是否收到0.6V的电压回应(VDM_sRC)。因为Standard Downstream Port不会对D+上的0.6V信号作出任何回应，所以如果PD插入的是Standard Downstream Port，那么D-将保持为低电平(图1)。

在Charging Downstream Port中，采用了与PD类似并且与之互补的检测电路，当它检测到D+上有0.6V时，它将随即向D-加载0.6V电压，以回应PD；而在USB Charger中，由于D+和D-是短接的，所以当D+上被加载0.6V电压时，D-也变成了0.6V。所以，PD插入到Charging Downstream Port或是USB charger，则D-线上会被回应一个0.6v电压。此后，PD先将D+(PD为高速或全速设备)或D-(PD为低速设备)拉高至逻辑高电平，然后通过检测另外一根数据线的电压来区分是Charging Downstream Port还是USB charger。因为Charging Downstream Port在充电检测时期，只回应VDP SRC而不会回应逻辑高电平，所以它将保持数据线为低(图2)。

由于USB charger内部短接了D+和D-，如果一根数据线被拉高，那么另一根数据线也将变成高电平(图3)。

通过以上的检测机制，PD就可以识别出所插入的是何种USB端口。

无电电池充电机制

无电电池充电机制Dead BatteryProvision(以下简称DBP)在BC1.1规范中是一个独立的章节，DBP针对一个装有无电或低电量电池的PD插入到Standard Downstream Port的情况进行了新的规范，它实际上是对USB2.0规范的扩展，确保Bc1.1规范向下兼容USB2.0规范。

USB2.0规范要求USB外设在未连接HOST时，从VBUS吸取的电流不能超过2.5mA。但有一些PD在启动时的数秒钟内需要消耗100mA以上的电流，如果这些便携设备自身的电池电量不足或彻底没电时，它将从vBUS上获取这些电流。因此，当这样的

设备插入到USB端口时，可能无法启动；更多情况是，由于多数HOST或者HUB并不限制设备消耗的电流，因此设备将以大电流启动，虽然他们也可以正常工作，但是这将导致USB系统的不稳定，同时这些设备也不能通过USB兼容认证测试。

DBP就是针对这种情况，有条件地放宽了USB2.0的要求。DBP规定，使用电池的便携式USB设备在插入(Attach)到USB端口到和主机连接(connect)这一时间段内，最多可以从VBUS获取100OmA的电流(USB2.0标准是2.5mA)，但是要满足下列条件：

·PD安装的电池应该处于无电或低电量的状态，即PD使用这样的电池将不能开机：

·当PD插入到USB端口以后并需要开始获取大于2.5mA的电流时，PD须将D+拉高至0.5-0.7V，并一直保持到和主机连接(Connect)；

·这些从vBus获取的电流应该用于PD给电池充电，从而使得PD最终能够连接(connect)和枚举(Enumerate)；

·这个以大于2.5mA电流充电的过程不得超过45分钟。

充电电流比较

BC规范通过对原有USB2.0的扩展和引入新的充电机制，较大地提升了USB接口的充电能力、方便PD以大电流快速充电。表1给出了不同情况下，供给PD充电的最大电流。

辅助充电适配器(Accessory Charger Adapter)

Bc1.1较之1.0版本，新引入了辅助充电适配器(Accessory ChargerAdapter以下简称AcA)的概念。

随着便携式设备变得越来越小，多数的PD只有一个USB接口用于连接外设或者充电，但连接外设和充电不能同时进行。例如。当一部手机通过USB接口连接了外置耳麦的时候，就不能通过USB接口进行充电了。ACA的用途就是让PD可以同时连接USB外设和通过USB端口充电。

ACA具有三个端口：OTG Port用于连接便携式设备(OTG Device)；Accessory Port用于连接USB外设：Charger Port用于连接USB充电端口，可以是一个USB专用充电器也可以是一个Charging Downstream Port(图4)。试规范将分成三个部分：PortableDevice Compliance Plan；Charging PortCompliance Plan；ACA CompllancePlan。

其中，前两个部分完成后，将被纳入到现有的USB兼容测试证中去。也就是说，如果一个PD产品需要获得USB兼容性认证(使用USB Logo)，不仅要进行传统USB兼容测试，还要进行BC部分的测试。

Portable Device Compliance Plan检测PD是否满足BC1.1规范，主要有两个方面，一是针对BC1.1中的DBP部分，重点检查当一个安装电池的PD插入一个Standard Downstream Port时，PD从USB总线消耗的电流是否满足要，求：消耗的电流是否只用于电池充电而不用于其他：当PD消耗的电流以大于2.5mA时，PD是否向D+上加载0.6v电压；PD插入USB端口时的冲击电流是否满足要求等等。另一方面，Portable Device Compliance Plan将着重测试PD的充电端口检测机制。被测PD将被分别连接至Stand DownstreamPort，Charging Downstream Port和Dedicated Charging Port，同时，PD上的电压(VBUS)、电流(IBUS)、D+，D-将被记录下来，这些电压电流以及时序关系将被用来判断该PD是否符合BC1.1规范。

Charging Port Compliance Plan针对USB专用充电器以及ChargingDownstream Port进行测试。主要包括对电压，电流等输出参数的测试，还包括上冲／下冲，短路／恢复等特定情况的测试。

需要指出的是，目前已经颁布的中国手机充电器标准(YDT 1591-2006)与本测试的部分内容相似，但也有所区别。总体上来讲，YDT 1591-2006只针对USB充电器作出了规范，并在充电器绝缘、安规等方面给出了详细的要求；而BC1.1规范引入了完善的充电机制并给出了相关的具体要求，它涉及充电电能的使用者(便携式外设)和充电电能的提供者(USB端口)两个方面。而对于USB专用充电器部分，BC1.1中有专门定义和规范，并且对于USB专用充电器输出能力、短路保护、标识等提出更详细的要求。

结语

蓄电池充电方法的研究 篇7

经过多年的考察发现, 电池充电过程对电池寿命影响很大, 放电的过程影响却很小。也就是说, 绝大多数的蓄电池不是用坏的, 而是“充坏”的。由此可见, 研究充电的过程对蓄电池的使用寿命很有意义。

1 蓄电池充电原理

充电过程以最低出气率为前提的, 蓄电池有可接受的充电曲线。实验表明, 如果充电电流按这条曲线变化, 既可以大大缩短充电时间, 对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线, 初始充电电流很大, 但是衰减很快, 主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中, 内部产生氧气和氢气, 当氧气不能被及时吸收时, 便堆积在正极板 (正极板产生氧气) , 使电池内部阻力加大, 电池温度上升, 相当缩小了正极板的面积, 表现为内阻上升, 这就是所谓的极化现象。

蓄电池其放电及充电的化学反应式如下:

充电反应:充电就是电解。是从外部通入电流在电极极板的活性物质上引起氧化还原反应。

负极发生还原反应:PbSO4+2e→Pb+SO2-4…… (1)

正极发生氧化反应:PbSO4-2e+2H2O→PbO2+4H++SO2-4…… (2)

总反应:2PbSO5+2H2O→Pb+PbO2+2H2SO4…… (3)

在充电末期发生:

负极:2H++2e→H2↑…… (4)

正极:…… (5)

总反应:…… (6)

最后是负极上绒状铅最多硫酸铅最少;正极上二氧化铅最多, 硫酸铅最少。

由于 (2) 和 (6) 水消耗了, 反应 (1) 和 (2) 又生成了硫酸, 所以铅蓄电池中电解液比重上升, 必要时要加水调整电解液比重。

放电反应:

负极发生氧化反应:Pb+SO2-4-2e→PbSO4…… (7)

正极发生还原反应:PbO2+6H++SO2-4+2e→PbSO4+2H2O…… (8)

总反应:PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO5+2H2O…… (9)

由于 (7) 和 (8) 硫酸消耗了, 由 (8) 又生成了水, 所以铅蓄电池中电解液比重下降。

充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程, 为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电, 必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是, 实践表明, 蓄电池充电时, 外加电压必须增大到一定数值才行, 而这个数值又因为电极材料, 溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。从化学反应角度看, 这种电动势超过热力学平衡值的现象也就是上述的极化现象。

一般产生极化现象来自3个方面。

1) 外加电源的正负极形成的电场使得正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力, 称为欧姆内阻。为了克服这个内阻, 外加电压就必须额外施加一定的电压, 以克服这种阻力推动离子迁移。该多余的能量以热的方式转化给环境, 出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大, 欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。

2) 极化电流流过蓄电池时, 为保持正常的反应, 最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充, 生成物能及时离去。实际上, 生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度, 从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说, 从电极表面到中部溶液, 电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。

3) 电化学极化是由于电极上进行的电化学反应的速度, 落后于电极上电子运动的速度造成的。例如:电池的负极充电前, 电极表面带有一定数量的负电荷, 其附近溶液带有正电荷, 两者处于平衡状态。充电时, 外电路立即有电子释加给负极板。电极表面负电荷增多, 而金属还原过程反应进行缓慢Me-eMe+, 不能及时释放电极表面电子的增多, 电极所带负电荷与附近溶液正电荷状态平衡发生变化。这种电极负电荷增多的状态促进电子进入到金属, 使附近溶液中的金属离子Me+离开溶液, 加速Me-eMe+还原反应的进行。总有一个时刻, 达到新的动态平衡。但与充电前相比, 电极表面所带负电荷数目增多了, 与此对应的电极电势变负。也就是电化学极化电压变高, 从而严重阻碍了正常的充电电流。同理, 电池正极充电时, 电极表面所带正电荷数目增多, 电极电势变正。

这3种极化是从不同的角度来观察蓄电池充电过程的现象, 都会随着充电电流的增大而加剧。

2 充电方法的研究

2.1 常规充电法

常规充电制度是依据“安培小时规则”:充电电流安培数, 不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上, 常规充电的速度受蓄电池充电中的温度和气体的产生所限。这方面的研究对蓄电池用最短时间充电的有着重要意义。

一般常规充电有以下3种。

2.1.1 恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法, 保持充电电流强度不变的充电方法, 这种控制方法简单。缺点是, 由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的, 到充电后期, 充电电流多用于电解水, 产生气体, 使出气过多, 不仅充电效率低, 需要经常对蓄电池维护———加蒸馏水。因此, 常选用阶段充电法。

2.1.2 阶段充电法 (二阶段充电法和三阶段充电法)

1) 二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。首先, 以恒电流充电至预定的电压值, 然后, 改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

2) 三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电, 中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时, 由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少, 但可作为一种快速充电方法使用, 实际受到一定的限制。

2.1.3 恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值, 随着蓄电池端电压的逐渐升高, 电流逐渐减少。与恒流充电法相比, 其充电过程更接近于最佳充电曲线。由于充电初期蓄电池电动势较低, 充电电流很大, 随着充电的进行, 电流将逐渐减少, 因此, 控制系统简单。这种充电方法电解水很少, 避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大, 对蓄电池寿命造成很大影响, 且容易使蓄电池极板弯曲, 造成电池报废。鉴于这种缺点, 恒压充电很少使用, 只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如, 汽车运行过程中, 蓄电池就是以恒压充电法充电的。

2.2 快速充电技术

为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度, 缩短蓄电池达到满充状态的时间, 同时, 保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻, 提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的, 目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。

2.2.1 脉冲式充电法

这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率, 而且能够提高蓄电池充电接受率, 从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制, 这也是蓄电池充电理论的新发展。脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电, 然后让电池停充一段时间, 如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量, 而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间, 减少了析气量, 提高了蓄电池的充电电流接受率。

2.2.2 ReflexTM快速充电法

这种技术是美国的一项专利技术, 它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法, 解决了镍镉电池的记忆效应, 因此, 大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同, 但它们之间可以相互借鉴。

ReflexTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲, 反向瞬间放电脉冲, 停充维持3个阶段。

2.2.3 变电流间歇充电法

这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法, 保证加大充电电流, 获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段, 获得过充电量, 将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充, 使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。

2.2.4 变电压间歇充电法

在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流, 而是间歇恒压。

可以看出, 更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段, 由于是恒压充电, 充电电流自然按照指数规律下降, 符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

2.2.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法

综合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点, 变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种:

1) 脉冲电流的幅值可变, 而PWM (驱动充放电开关管) 信号的频率是固定的;2) 脉冲电流幅值固定不变, PWM信号的频率可调。

再就是采用的一种不同于这两者的控制模式, 脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定, PWM占空比可调, 在此基础上加入间歇停充阶段, 能够在较短的时间内充进更多的电量, 提高蓄电池的充电接受能力。

摘要：铝酸蓄电池从发明至今已有一百五十一年的历史了, 其优点有限多, 极大限度地满足方便了人们的生活, 但是在使用中, 若充电方法不当, 会大大缩短其寿命, 那么如何正确充电延长电池寿命是我们丞待解决的问题。

锂电池充电方法研究 篇8

矿灯是矿井下工作所必需的重要设备, 其安全性能的好坏紧系着矿下工人的生命安全。随着大容量锂电池和大功率LED照明技术的出现, 新型冷光源锂电池供电的矿灯日益推广, 由于这种基于上述新技术的矿灯和以往矿灯相比无论是使用寿命还是安全性上都有很大的改善.但煤炭生产企业常常忽视锂电池矿灯的使用寿命所带来的安全问题, 为节省生产成本, 锂电池矿灯常常被超期使用, 带来很大的安全隐患。

虽然国家煤矿安全监察局发布的《安标国家矿用产品安全标志中心文件》 (矿安标字[2007]3号) 明确规定了锂电池矿灯的使用要求[1], 由于监管困难各种安全标准很难落实。为此, 设计一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统对煤矿的安全生产意义重大。

2 具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构

具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统整体架构如图1所示。

系统包括充电架、矿灯充电管理PC机和矿灯生产厂家管理PC机。充电架上的充电控制模块通过线路复用技术能够与矿灯之间进行数据交换, 读取或写入矿灯内的出厂日期、充电次数等与矿灯使用安全相关的数据;充电架与充电管理PC机之间采用RS485现场总线按主从方式进行数据传输, 监管矿灯的出厂日期、充电次数、维修记录等;矿灯生产厂家的管理PC机通过远程网络能够访问矿灯充电管理PC机内的数据库, 已实现对本厂生产的矿灯使用情况跟踪监控, 杜绝超期服役等不安全现象的出现。

3 具有安全监管记录功能的矿灯

根据具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构要求, 矿灯要具有自动上报电子编号、出厂日期电子记录、充电次数电子记录、电池类型和计时等智能功能, 矿灯内部电路原理框图如图2所示。

矿灯内的控制电路采用C8051F410单片机对矿灯工作过程进行智能管理。C8051F410是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU, 其内部的UART0用于矿灯和充电模块的数据传输, ADC0用于检测充电端口电压和电池电压, 32 KB的片内FLASH存储器中的部分页用于存储记录矿灯的电子编号、出厂日期、充电次数和电池类型等电子数据, RTC实时时钟用来产生精确的定时;按键处理电路和LED数码显示构成矿灯使用中的人机接口, 可实现矿灯编号、当前时间、剩余电量及设置参数的显示, 当按键停止操作10 s后自动关断显示, 进入省电状态;大功率LED驱动电路用来控制LED恒流发光;线路复用控制电路用来管理充电和通信中的线路分时使用。

矿灯内部还根据所使用锂电池的特性设有充电次数和使用时间函数关系, 矿灯能够自动计算剩余充电次数和使用时间, 如果超期或超限, 自动关闭充电开关禁止充电, 矿灯将无法使用, 达到自动安全监管目的。

4 智能充电架

智能充电架上由24个四单元充电模块组成, 每个充电模块内部电路原理如图3所示[2,3]。C8051F310单片机是四单元充电模块的核心部件, UART0经RS485接口电路挂接到现场总线上, 与充电管理PC机进行数据通信, 可以接受充电管理PC机的各种命令和参数设置操作, 并能将模块的各个端口工作状态上传给充电管理PC机;C8051F310单片机根据矿灯电池类型和充电进程 (涓流充电、恒流充电和恒压充电) 产生四路PWM信号分别送给四个PWM驱动电路, PWM驱动电路将PWM信号功率放大并进行滤波处理供充电使用, 线路复用控制电路按照单片机指令将充电信号或通信数据送到充电/数据复用线路;由于C8051F310单片机只有一个串行口 (UART0) , 为此使用外部中断INT0和定时器T2通过模拟串口的方式设计了虚拟的串口UART1, 解决四单元充电模块与矿灯之间信息传输问题;四个充电端口上的输出电压和电流通过充电电压/充电电流检测电路处理后送给C8051F310单片机的ADC。

四单元充电模块能够通过线路复用技术与矿灯之间进行数据传输, 来确认矿灯的电池类型、出厂日期、充电次数, 从而决定按照什么样的参数为矿灯充电, 如果该矿灯是超期或超限服役要做出记录 (该记录生产厂家的管理PC机能够通过Internet远程访问, 如果发现矿灯到达使用时限能够及时通知用户) , 并禁止充电, 以实现安全监管。

5 数据通信

智能充电架与充电管理PC机之间通信采用工业通用MODBUS现场总线协议[4], 每个充电架同时可挂接24个四单元智能充电模块, 每个充电管理PC机设计最多可挂接100个充电架 (需加RS485集线器) , 可同时管理9 600盏矿灯充电。

充电管理PC机与矿灯生产厂家管理PC机之间通过Internet远程连接, 采用TCP/IP协议互访。矿灯生产厂家管理PC机和充电管理PC机的数据库都是使用SQL SERVER 2000开发的。数据库中保存着矿灯充电实时数据、矿灯使用信息等。Web 服务器主要用于提供Web Service 服务, 为矿灯生产厂家等远程用户提供B/S 数据浏览服务[5]。

6 结 论

具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统在矿灯充电过程中通过线路复用技术引入信息交换和认证机制, 有效地防止了矿灯超期或超限服役问题;通过网络数据库技术和现场总线技术解决了传统的矿灯生产、使用和安全监管过程脱节问题, 做到监管、生产、维修、使用透明化, 达到煤矿安全生产的目的。

摘要：介绍一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统, 该系统通过线路复用技术能够实现充电台架与矿灯之间进行数据交换, 使用现场总线技术进行多台充电台架的集中管理, 应用网络数据库技术实现矿灯生产厂家对所销售矿灯工作状况进行随时查询, 从安全监管的角度解决了矿灯使用情况的智能管理问题。

关键词：矿灯,锂电池,充电,安全监管

参考文献

[1]GB7957-2003.矿灯安全性能通用要求[S].2004.

[2]辛荣光.基于CAN总线的智能矿灯充电架系统设计[J].煤炭机械, 2007, (9) :110-113.

[3]张涛.智能型锂电矿灯充电架工作原理及其应用[J].煤炭科技, 2007, (4) :38-40.

[4]王兴贵, 张明智, 杜莹.MODBUS RTU通信协议在智能仪表与工控机通信中的应用[J].低压电器, 2008, (2) :11-14.

变电站蓄电池浮充电运行研究 篇9

蓄电池充电通常有2种方式:均衡充电和浮充充电。蓄电池浮充是指蓄电池一边在充电, 一边对负载供电。蓄电池的浮充分为半浮充和全浮充两种, 半浮充方式也称为定期浮充工作方式, 是指部分时间对蓄电池进行浮充供电, 另一部分时间由蓄电池组单独供电的工作方式;全浮充工作方式也叫连续浮充工作方式, 是指通过电源线路和蓄电池组并联, 不间断对蓄电池进行浮充供电。通常情况下变电站蓄电池采用全浮充方式。

2 阀控密封式蓄电池简介

2.1 阀控密封式蓄电池原理

阀控密封式蓄电池是变电站直流系统中应用最广泛的蓄电池, 其优点是体积小、放电性能好、电压稳定、安全性高、维护量小、无需添加蒸馏水。

阀控密封式蓄电池主要由安全阀、极板、隔板、外壳4大部分组成, 其工作原理基本上沿袭传统的铅酸蓄电池, 它的正极活性物质是二氧化铅 (PbO2) , 负极活性物质是海绵状铅 (Pb) , 电解液是稀硫酸 (H2SO4) 。整个电池采用全密封、贫液式结构和阴极吸附式原理。所谓阴极吸收就是电池在充电过程中, 正极会析出氧气, 负极则析出氢气, 但正极析氧在正极充电量达到70%时就开始, 而负极析氢则要在充电量达到90%时才开始, 当正极析出的氧气到达负极, 会有以下2种化学反应:2Pb+O2=2PbO, 2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。这2种化学反应能够让阴极吸收, 同时由于氧在负极上具有还原的作用, 再加上负极自身氢过电位的提升, 大量析氢反应就能避免, 同时使水再生。

2.2 阀控密封式蓄电池特点

与普通的防酸隔爆式蓄电池相比, 阀控蓄电池具有以下几点特征: (1) 固定的电解液。能促进氧气从正极到负极的扩散。 (2) 阀控蓄电池内部为密封结构, 同时具有自动开关的安全阀。蓄电池内部压力增加到一定程度时, 安全阀会自动打开排气;当气压降低到规定限度以下时, 安全阀会自动关闭。 (3) 阀控蓄电池的板栅材料耐用。其正极板是由高纯度的铅锑合金材料合成, 负极板是由高纯度的铅钙合金作为支点支撑, 此结构形式能够大大减小电腐蚀的力度。 (4) 坚硬的外壳。由于工作方式阀控蓄电池要承受自身运行时产生的内部气压, 因此, 外壳采用高强度耐压防爆材料。 (5) 阀控蓄电池不需要加水或者补酸。阀控蓄电池的密封结构和内部的氧循环机制使得电解液损失极少, 因此在使用期间不需要加水或者补酸。 (6) 阀控蓄电池体积小、所需空间小, 便于安装。 (7) 阀控蓄电池运行期间, 酸雾和可燃气体逸出少, 对环境污染小。 (8) 环境温度对阀控蓄电池的运行影响较大, 因此需要一个适宜的温度。

3 影响变电站阀控蓄电池运行的因素与解决措施

影响变电站阀控蓄电池正常运行的因素很多, 其中, 有些因素不但会影响蓄电池的使用寿命, 而且还会让蓄电池在运行中出现容量不足甚至失效的现象。

3.1 环境温度

阀控式密封蓄电池在运行中受环境温度的影响很大, 最适宜的温度是25℃, 其容量可达到100 Ah。温度越高, 对阀控式密封蓄电池正极板栅的腐蚀就越大, 电池板栅就越容易穿孔而毁坏, 活性物质也随之减弱甚至脱落, 同时消耗更多的水, 从而大大缩短电池的寿命。相关资料显示, 环境温度每升高10℃, 阀控式密封蓄电池浮充电流就会成倍变化, 在相同的充电电流下, 温度越高, 阀控式密封蓄电池的浮充电压就越低。而环境温度低时, 也会导致阀控式密封蓄电池容量下降, 通常环境温度降低1℃, 其容量下降1%。

要保证阀控式密封蓄电池的可靠运行, 就必须保障环境温度。因此, 应将阀控式密封蓄电池安装在良好的工作环境中, 尽可能创造恒温下的使用环境, 同时还要保证良好的通风和散热条件。具体来说, 安放蓄电池的地点应有空调设备, 蓄电池摆放要留有适当的间距, 通常各电池之间的横向间隙不小于15 mm, 上、下层隔板间不小于150 mm。如果条件容许, 应根据温度补偿阀控式密封蓄电池的浮充电压, 通常每升高1℃, 相应的浮充电压值要下调2～4 m V, 也可根据实际温度的变化情况合理调整蓄电池的放电电流。

3.2 过度充电

阀控式密封蓄电池如果长时间充电或长期处于过充电状态, 其正极因为析氧反应的原因, 内部的水就会逐步被消耗, H+增强, 造成正极附近酸度增加, 从而加速板栅腐蚀。板栅变薄后会导致蓄电池容量减小, 甚至由于水被消耗会造成阀控式密封蓄电池干涸进而失效。

为消除过度充电对变电站阀控蓄电池的影响, 应提高阀控蓄电池的充电机稳压、限流精度, 尽量选用高质量的开关电源作为阀控蓄电池的充电设施。

3.3 过度放电

阀控蓄电池出现过度放电现象, 通常是在变电站发生交流电源故障停电后。阀控蓄电池为负载供电, 当蓄电池被过度放电, 甚至出现电压到0的状况时, 会在电池的阴极造成“硫酸盐化”。因硫酸铅是一种绝缘体, 它的形成对蓄电池的充、放电性能会产生很大的负面影响。在阴极上形成的硫酸盐越多, 蓄电池的内阻就越大, 电池的充、放电性能就越差, 蓄电池的使用寿命就越短。因此, 在变电站交流系统因故障停电后, 运行人员要对阀控蓄电池的电压与电流不断进行监控, 预防阀控蓄电池出现过度放电现象。

3.4 小电流放电

阀控蓄电池处于大电流放电情况下, 硫酸铅颗粒形成的速度相对较慢, 通常来不及生成就会被氧化还原。而在小电流放电情况下, 一些较大的硫酸铅晶体很难被还原, 不能被还原的硫酸铅晶体越积越多, 就会加大阀控蓄电池的内阻, 从而影响电池的充、放电性能。因此, 要精确计算出阀控蓄电池在放电电流下的容量。同时, 为了防止小电流放电现象的发生, 阀控蓄电池不能长时间退出系统运行。

3.5 不均衡性充放电

串联使用的阀控蓄电池组, 其电池的不均衡比较常见。尤其是新使用的蓄电池, 在进行初充电后仍然存在单体电压差异。大量资料表明, 阀控蓄电池内部的板栅中, 不同部位的合金成分与结构分布各不相同, 这就造成了板栅电化学性能的不均衡性。因此, 阀控蓄电池在浮充状态或充、放电状态时会出现电压差异, 这种差异会随着阀控蓄电池充、放电次数不断增加而使电池性能越来越差, 甚至失效。当前, 我国容许阀控蓄电池组中各电池之间最大浮充电压差异在50 m V以内。对此, 通常采取的措施是以浮充电压下限值进行浮充供电, 或者在蓄电池运行的某个周期用均衡方式对电池进行补充充电。

3.6 热失控现象

热失控是指随着周围的温度环境不断升高, 阀控蓄电池会出现不正常的热发生现象, 使其充电电流不断加大, 当到达一定极限时, 阀控蓄电池的安全阀门会自动打开, 不断释放气体。时间一长, 阀控蓄电池会大量失水, 其内阻也不断增加, 容量不断减小, 最后导致阀控蓄电池干涸而失效。有资料表明, 阀控蓄电池如果在60℃的高温环境下运行, 热失控发生的概率就很高;如果在70℃的高温环境下运行, 热失控可能在短时间内发生。

因此, 必须对阀控蓄电池的热失控现象予以高度重视。避免阀控蓄电池发生热失控的最好方法是不让温度发生重大变化, 为此, 除了使用带有温度补偿的充电设备和保持室内环境恒温以外, 最好安装阀控蓄电池温度装置, 通过测量的温度来自动改变充电电压或充电电流, 以防热失控现象的发生。

3.7 长期浮充电

变电站的阀控蓄电池是浮充运行, 满荷电状态是其主要工作方式, 这种方式会让阀控蓄电池长时间处于浮充电状态, 只是充电而极少放电。这容易导致阀控蓄电池内部的阳极极板出现钝化现象, 使蓄电池内阻增大, 容量下降, 严重影响阀控蓄电池的正常运行。消除变电站阀控蓄电池长期浮充电弊端的最好方法是, 定期进行核对性充放电, 以此来了解蓄电池的实际容量。核对性充放电能使阀控蓄电池的内部极板发生活化反应, 激活活性物质, 从而使蓄电池组容量恢复, 以保持正常运行。

4 结语

总之, 影响阀控蓄电池正常运行的因素很多, 我们只有充分了解阀控蓄电池运行特征和影响因素后, 才能在生产实践中对其进行有效管理与维护, 才能更好地保障变电站直流系统安全、稳定运行。

参考文献

[1]蒋喆, 陈书平, 陈湘宁, 等.阀控铅酸蓄电池中纳米胶体电解液技术进展[J].化工新型材料, 2004 (11)

UPS系统中蓄电池充电的研究 篇10

配套的蓄电池是UPS系统不可或缺的构成要件, 对于整个系统的可靠性而言, 其良好的性能具有决定性的作用。同时, 由于蓄电池在整个系统成本中所占比例较高、事故率也较高。对配套蓄电池的性能、种类加以优化和完善, 是当前亟待解决的重要课题之一。

1 UPS配套蓄电池简介

1.1 UPS配套蓄电池的分类及原理

能够在短时间内输出较大电流, 是UPS系统对配套蓄电池提出的要求, 现阶段, 防酸隔爆蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池, 是国内常用的两种UPS蓄电池, 而后者的普及度较高。

(1) 防酸隔爆式铅酸蓄电池。早期的UPS系统主要应用这种蓄电池, 如果得到较为科学的维护, 其使用年限将得以延长。在充电过程中, 硫酸逐渐自正负极板的硫酸铅中被释放出来, 电解液硫酸浓度及比重也随之提高。

(2) 阀控式密封铅酸蓄电池。在UPS系统电源中, 得益于维修难度小、良好的密封性、较小的体积等特点, 阀控式密封铅酸蓄电池得到了普遍应用。借助下述两种手段, VRLA能够对电池中电解液的流动加以遏止:其一, 借助超细玻璃纤维棉, 不饱和地吸附电解液;其二, 在电池中注入二氧化硅胶体和硫酸电解液, 在工作时, 阀控式密封铅酸蓄电池的阳极、阴极分别表现为:形成了氧气、还没有产生海绵状铅, 这意味着还处于充电状态, 因此没有形成氢气。

1.2 UPS配套蓄电池的性能指标

(1) 在20 小时率条件下测量所得的标称容量;

(2) 禁止蓄电池继续放电时的放电终止电压, 一般被定义为1.75/ 单格;

(3) 蓄电池的输出电流, 即放电电流, 其表示除安培外, 也可为蓄电池的容量和某系数之积;

(4) 放电至终止的时间、电流等的表示——放电功率, 一般表示为电流;

(5) 在储存满时, 电池可提供能量的最大值, 即为容量, 可为放电时间乘以放电电流。

2 UPS配套蓄电池的选型

就UPS系统的运行来说, 无论蓄电池的容量低于还是高于标准, 都无好处, 其中, 前一种情况难以使负载不间断供电需要得到保证, 此外, 蓄电池使用年限也会因大电流的充放电而减少;而后一种情况容易造成成本的提高, 以及蓄电池小电流深放电的情况, 甚至会彻底地损坏蓄电池。所以, 要想有效降低UPS系统成本, 并实现持续供电, 就要采用合适型号的蓄电池。

(1) 蓄电池放电时间。以后备时间为依据, 可将UPS系统划分为下述两种:其一, 不含电池, 能够适用外接蓄电池, 不具备具体数量要求, 能够在停电时间较长时保证供电需要, 通常满载配置能够超过数小时;其二, 含有蓄电池, 在断电后能够提供短时间供电。

在UPS系统中, 市电供电类别, 是配套蓄电池后备时间的决定性因素。每种蓄电池都有自己的后备时间:一、二、三、四类市电供电的UPS系统的配置, 分别为0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而, 处于对各方面因素如系统安装空间、蓄电池成本的考虑, 应将后备时间控制在2h以下。为对UPS系统供电保障性加以保障, 如果某一地区的供电能力不足, 供电方式宜采用发电机组结合UPS系统。

(2) 电池容量计算。了解UPS配套蓄电池的容量算法, 有助于对蓄电池型号加以确定。在某种负载下, 结合电池容量= 负载容量*放电时间 (h) / (机器装换功率* 电池放电功率* 机器终止电压) 这一公式, 能够对UPS蓄电池容量进行计算。

3 UPS配套蓄电池的充电模式

恒压限流充电:从本质上看, 这种充电手段融合了恒流充电及恒压充电, 开始充电时蓄电池电压不足, 为对电池加以保护, 选择恒流充电法对充电电流加以控制;在实现特定电压时, 启动恒压充电。作为充电方式的一种, 恒压限流效果十分显著, 如引入温度补偿、过充判断等, 即可构建能够更好地保证蓄电池工作性能的充电管理系统。

恒流充电:这种充电手段较为简便, 然而存在明显不足, 即充电电流过大容易导致蓄电池使用年限的减少及温度的提高, 反之则会导致充电时间的延长。

Reflex充电:作为升级版的脉冲充电法, 这种充电手段每个周期都为正脉冲和负脉冲的组合, 空闲时段紧随其后。

脉冲充电:充电时, 若充电电流保持在蓄电池能承受的电流范围内, 蓄电池内部出现的气泡量就会较低。极化现象的发生, 会对蓄电池的充电造成阻碍, 同时提升出气率和温度。所以, 对于充电速度来说, 最关键的制约因素是极化电压。在给电池充电时, 选择周期性的脉动电流, 能够帮助电池更好地恢复原状, 对极化现象的制约作用加以弱化, 促进快速充电的实现。然而, 当下该充电方式的发展依旧处于起步期, 人们尚未在各种具体问题如占空比的大小、脉冲周期的大小等上达成统一意见。

4 结论

对于整个系统的可靠性、稳定性而言, UPS系统配套蓄电池的质量具有决定性作用, 所以, 无论对于成本的控制, 还是对于UPS电源的使用年限和持续供电性能而言, 全面探讨UPS配套蓄电池选型和充电模式, 都具有至关重要的意义。当前时代, 网络化、电气化已成为大势所趋, 在世界范围内, 备用电源都得到了推广, 在选型配置上的匹配, 及分析其放电机制, 是在蓄电池配套方面, 常办公和家用UPS系统未来的热点之一。

参考文献

[1]吴敏, 王梦阳, 田李燕等.铅酸蓄电池板栅设计与制造特点的比较[J].蓄电池, 2007, 03 (03) :138-141.

锂电池充电方法研究 篇11

手机电池没充完就拔下来使用，不会影响电池寿命。但如果条件允许且不嫌麻烦，连着充电线使用会更有利于电池寿命。

电池没用完就充电，对电池寿命是有利的。相反的，如果每次电池电量都用到很低，甚至用光，对电池寿命的危害很大。

然后是扩展阅读：

锂离子电池的衰退机理有很多，大体上可以分为滥用衰退与正常衰退两种。

滥用衰退是可以避免的，包括过充、过放、低温、大功率充放电，等等。对于手机的使用来说：

过充：电子设备有电路保护，一般不会发生这种情况，因此用户也不必去担心。

过放：这是一个模糊的概念。大体上而言，尽量不要在电量20%以下使用手机，特别不要在5%电量以下使用手机，会对电池造成不可逆损伤。

低温：主要是指低温充电危害很大。电子设备一般也都有保护了（iPad在低温下是充不进去电的），因此，用户也不必去担心。

大功率充放电：电子设备的放电，一般是比较温和的。就是一直玩游戏，手机也能撑个三四个小时，这最多就是0.2C放电，非常温和，用户也不必担心。充电呢，也是由充电器和电子设备的电路保护的，用户也不必担心。

正常衰退是不能避免的，主要影响因素是放电深度的积分与静置时的电量状态。

放电深度积分：也可以称为放电循环次数，比如从100%放到50%，这就算是0.5个循环。意思就是说，平时用得越多，那么衰退就越快。但手机买来就是用的嘛，能用就用。

静置时的电量状态：这一点在学术上有争议。主流观点是，电量越高则衰退越快。意思就是，100%的电池放一个月，与50%的电池放一个月，前者的容量衰退更大一些。

因此，推荐的使用习惯是什么呢？ 如下：

首先，避免滥用。除去电路保护的部分，用户需要注意的是，尽量不要把手机电量用到很低——随身带充电宝吧。

其次，降低正常使用下的衰退。当然，该用的时候还是用，不能为了保护电池就不玩手机了吧？ 这里的建议是：没事儿就把充电线插到手机上充电。这样的话，手机会从外部取电，相当于减少了放电循环次数。

最后，“最优”的使用习惯是：将手机电量维持在30%-50%的低电量状态，直到出门前两个小时，再充满到100%。这样就降低了“高电量状态下的静置时间”。——当然，这个策略对于手机等消费级电子设备是不适用的，付出与成本不成比例。但对于电动汽车来说，电池很大很贵，就值得开发出这样的智能充电器。事实上，很多机构正在做。

根据评论总结出了各位朋友的3个质疑：

1. 苹果店or书上or专家说电池要每隔一段时间放光再充满，才能够保持寿命的啊！？

答： 苹果店or书上or专家应该说的是上一代充电电池，镍氢电池，有记忆效应。而锂离子电池，无论是在理论上还是实践中，至今从未观测到有任何记忆效应。因此，苹果店or书上or专家的这种说明，是没有依据的。

2. 插着充电线玩手机，那不是一边充电、一边放电，对电池的损耗更大吗？

答： 提出这个问题的朋友，是把电池想像成了“水库”模型。水库有进口、有出口，有可能进口在进水，而出口在出水。在这种模型下，就有可能出现水面高度不变（电量不变），而实际上流量很大的情况。而这与电池寿命衰减是有关的，流量大不就是衰减快吗？ 这种想法的问题在于，电池不是水库，它没有两个口，只有一个口：这个口中，要么在充电，要么在放电，不会出现充放电同时发生的情况。

3. 插着充电线玩手机，会爆炸吗？

答： 应该是存在插电玩手机爆炸的案例，但我不能辨别哪些是真新闻、哪些是假新闻。试着分析了一下，边充电边玩手机，会使充电发热（源自于电池内阻，电能来自于充电线） 与用电发热（源自于CPU与屏幕，电能来自于充电线）的两种发热效应同时发生，温度会更高，从而有可能引发爆炸的风险（如果电池质量不合格）。

说到底，爆炸是电池安全问题，不是电池寿命问题，有些跑题了。

有人质疑：“没用完的情况，如用到50%再充电和用到10%再充电，结果差异很大，第一种不利于电池寿命，第二种有利。”。

答：电池寿命衰减机理主要分为两种：

第一种为循环衰减。把电池想象成一个管状物，充电就是往上撸，放电就是往下撸。上下完整撸一次就是一个完整的循环，撸到一半就是半个循环，撸久了电池就坏掉了，这就是所谓的循环衰减。而循环衰减主要是充电衰减，就是发生在往上撸的时候。

第二种为静置衰减。也就是说，把电池静静地放在那里不撸，自己也是会坏掉的。坏掉的速度取决于手的位置，手的位置越高（电量越高），坏掉就越快。

两种衰减速度的数量级是不同的。就手机电池来说，基本上每天都在撸，循环衰减对寿命的损害比静置衰减至少要大一个数量级。那么我们的策略是什么？ 根据马克思主义哲学抓主要矛盾的哲学常理，应该第一优先级做到尽量减少循环衰减，减少撸的深度与次数;其次才是减少静置衰减，即降低手的高度。

讲述完以上原理之后，咱们在回过头来看看“没用完的情况，如用到50%再充电和用到10%再充电”的情况，想表达的意思应该是指“10%下的静置衰减速度要慢于50%”。

对于大多数使用手机的人来说，当他面临 “我是让手机电池处于50%电量状态，还是10%的电量状态”的抉择时，通常是处于以下几种情况：

Case 1： “我现在手机电量50%，虽然充电线就在旁边，我还是决定用到10%再去充电。”——这相当于增加了循环衰减，而去减少静置衰减，是得不偿失的。虽然说，从50%往10%的往下撸放电是不衰减的，但放了的电肯定是要再充电撸回来的啊，是跑不掉的。

Case 2： “我现在手机电量10%，但暂时不充电，准备等出门前两小时再充电到50%或100%。” —— 这种策略，在不增加循环衰减的速度时，的确是减少了静置衰减，会优化电池寿命。这种情况我在原回答的“最优”策略中也提到了。这种“最优”策略的实施依赖于“智能充电器”，而为了保护成本只有几十元的手机电池，去增加一个智能充电器，在成本上是不划算的，在市场上也是消费者不喜欢的。因此这种策略一般是不可行的。

锂电池充电方法研究 篇12

当今随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快、石油价格的居高不下以及环保意识的增强,电动车正在逐渐取代摩托车,成为人们首选的交通工具。对电动车的研究也日益受到人们的重视和关注,经过人们的不断探索,作为电动车的其它几个核心部件如电动机、控制器、车体,在理论上和技术上都已取得重大突破,相对比较成熟,但另外两个核心部件——蓄电池和充电器还很不理想,还有待理论突破和技术攻关。而蓄电池和充电器不尽如人意,在很大程度上又与蓄电池的选取及充电方法息息相关,在某种意义上可以说,它们现已成为制约电动车快速发展的瓶颈。

电动车用动力蓄电池与一般蓄电池相比,还有所不同,主要表现在:它以较长时间中等电流持续放电为主,间或以大电流放电,用于启动、加速或爬坡。一般来说,电动车用蓄电池多工作在深度充放电状态。大量研究还表明,电池充电过程对电池寿命影响最大,放电过程的影响较小。也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的。正确的充电方法对提高蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用,因此,选取一种合理的电动车用蓄电池及充电方法,不仅具有重要的理论意义,还具有深远的现实意义。

目前常用的充电方法主要有恒压、恒流、阶段恒流、浮充和快速充电方法等。虽然近年来充电技术得到了较快的发展,但是还不够完善,各种方法都不是很理想。因此,针对当前电动车用蓄电池的选取及充电方法现状,提出了一种较理想的方法:铅酸蓄电池三阶段充电法,这种方法有很多优点,它避免了恒压充电法开始充电电流过大,而后期电流又过小的缺点,比二阶段恒流充电在中间阶段更接近充电电流接受率曲线,减少了充电时的出气量,克服了蓄电池充电充不满的毛病,还能大大延长蓄电池的使用寿命,减少环境污染。

1、电动车用二次电池的选取方法研究[1]

1.1 铅酸蓄电池

铅酸蓄电池历史最悠久,目前应用依然十分广泛。其放电工作电压较平稳,既可以小电流放电,也可以很大的电流放电;工作温度范围宽;这种电池技术成熟,成本低廉,跟随负荷输出特性好。缺点是重量大,铅酸蓄电池重量与其额定容量的比值低,需要维护,充电速度慢。

1.2 镉镍电池

镉镍电池也是一种历史悠久和应用广泛的二次电池,具有优良的大电流放电性能,工作温度范围宽,过充电性能好,可靠性高,充放电次数多、工作寿命长、长期不用也不影响寿命、可靠耐久、容易使用等特点。缺点是镉材料较贵和对环境污染较大;具有记忆效应;充电要求恒流充电,

1.3 镍氢电池

镍氢电池生产、使用的历史较短,是一种新型的电池,有时又称为储氢电池。其具有能量高,充放电性能好,可随充随放、快充深放,无记忆效应,不含镉、铅、汞等有害物质,对环境无污染,属于绿色电池。充电要求恒流充电。

1.4 锂离子电池

锂离子电池是继镍氢电池后研发的一种新型二次电池。具有能量密度大、电压高,放电曲线平稳,自放电率低,循环寿命长,无记忆效应,无污染,容易实现小型化、袖珍化,但成本较高。充电要求以恒流转恒压方式进行充电。

通过对上述几种主要二次电池的比较,既考虑到电动车的工况、又考虑到环境、价格等因数,铅酸蓄电池应该是电动车电池的首选。

2、常规充电方法[1]

2.1 恒流充电法和准恒流充电法

恒流充电法是指:蓄电池在充电过程中,充电电流始终保持不变的充电方法。采用此法对蓄电池充电需要一个直流恒流电源,即恒流充电器。该充电法虽然具有较高的充电效率,但由于直流恒流电源制造成本高,并且制造高精度直流恒流电源难度更大,所以在实际工作中,恒流充电采用很少。

准恒流充电法:是通过在直流电源和电池之间串联上一个电位器,以增加电路内阻来产生恒定电流。具有结构简单、成本低廉的特点。

若仅从时间上考虑,采用此法是有利的。但实际情况不是这样的,因为在充电后期若充电电流仍不变,这时由于大部分电流用于电解水上,导致析氢、析氧现象严重,电解液温度急剧上升,这不仅消耗电能,而且容易使极板上的活性物质大量脱落,造成极板弯曲,蓄电池容量迅速下降等而提前报废。所以,这两种充电方法不适合电动车用蓄电池的充电。

2.2 恒压充电法和有固定电阻的恒压充电

恒压充电法是指:蓄电池在充电过程中,充电电压始终保持不变的充电方法。恒压充电法存在的问题:充电初期充电电流相当大,大大超过正常的充电电流值;充电后期,当蓄电池端电压和充电电源电压接近或相等时,充电电流减至最小甚至为零。虽然采用恒压充电法可以避免充电后期充电电流过大而造成极板活性物质脱落和电能的损失,但存在充电初期充电电流过大,电极活性物质体积变化收缩太快,影响活性物质的机械强度,致使其脱落的致命不足。几年前,国内的电动车生产厂家很多都是采用该充电方式。经过不断的实践探索,发现该充电方法虽然可以用于电动车用铅酸蓄电池的充电,但不是很理想。

2.3 阶段等流充电法

阶段恒流充电法是指:蓄电池在充电初期用较大的电流,经过一段时间改用较小的电流,至充电后期改用更小的电流,即不同阶段内以不同的电流进行恒流充电的方法。阶段恒流充电法,一般可分为两阶段进行,也可分为多阶段进行。

阶段等流充电法所需充电时间较短,充电效果较好。可减少气泡对极板活性物质的冲刷,减少活性物质的脱落,可适当延长蓄电池使用寿命,可节省一定的电能,是当前常用的一种充电方法。

2.4 阶段等压充电法

阶段等压充电法是指:蓄电池在不同的充电阶段,采用不同的充电电源电压的充电方法。阶段等压充电法克服了一般恒压充电法的缺点,发扬了一般恒压充电法的优点。阶段等压充电法,一般可分为两阶段进行,也可分为多阶段进行。该充电方式能有效地避免蓄电池过充。虽不是很完善,但在目前的电动车蓄电池充电中,时有采用。

2.5 浮充电法

间歇使用的蓄电池或仅在交流电停电时才使用的蓄电池,其充电方式为浮充电式。一些特殊场合使用的固定型蓄电池一般均采用浮充电方法对蓄电池进行充电。显然该充电方式作为电动车用蓄电池的充电方式不合适。

3、快速充电方法[2]

蓄电池的快速充电方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的,目的就是使其充电曲线尽可能地逼近最佳充电曲线。目前比较流行的快速充电方法有:

3.1 脉冲式充电法

脉冲式充电方法是:首先采用脉冲电流对电池充电,然后让电池停充一段时间,如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量,而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉,使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除,从而减轻了蓄电池的内压,使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行,使蓄电池可以吸收更多的电量。目前,脉冲式充电法具有许多的分支,有着较广泛的应用,但结构较复杂,成本较高。

3.2 Reflex TM快速充电法

这种充电技术是美国的一项专利技术,它主要是针对镍镉电池而言的,解决了镍镉电池的记忆效应,虽然对铅酸电池有很大的借鉴作用,但还是有较大的差别。因为电动车主要采用密闭式铅酸电池,所以此法对电动车电池充电并不合适。

3.3 变电流间歇充电法

这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上,克服了恒流充电和脉冲充电各自的缺点,将两者的优点结合起来了,是一种比较好的充电方法,但是较复杂。

3.4 变电压间歇充电法

这种充电方法是在变电流间歇充电法的基础上发展起来的,与变电流间歇充电法不同之处在于第一阶段的不是间歇电流,而是间歇电压。在每个恒压阶段,由于是恒压充电,充电电流自然按照指数规律下降,符合蓄电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。且变电压比变电流更加方便、更加容易实现,但成本较高。

3.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法

综合脉冲充电法、Reflex TM快速充电法、变电流间歇充电法和变电压间歇充电法的优点,变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法得到发展应用。该方式电路较复杂,成本较高,用于电动车电池充电暂且不合适。

4、电动车用铅酸蓄电池理想充电方法的探讨——三阶段充电法

目前有的电动车蓄电池充电采用阶段恒流充电法。如:有的采用恒流两阶段充电法,有的采用恒流一阶段充电法。但这两种充电法在充电过程中,都存在远离充电电流接受率曲线的现象,通过理论推导和实践证明:三阶段充电法更符合电动车充电的要求。

三阶段充电法是恒流充电法和恒压充电法相结合的方式。它克服了两者的缺点,发扬了两者的优点。具体过程如下:充电开始和结束阶段采用恒流充电,中间阶段采用恒压充电。蓄电池在充电初期采用较大的电流,经过一段时间后改为恒压充电,当电流衰减到预定值时,由第二阶段切换到第三阶段。采用三阶段充电法的优点是:避免了恒压充电法开始充电电流过大,而后期电流又过小的情况,与两阶段等流充电法相比在中间阶段更接近充电电流接受率曲线α。这种充电法减少了充电出气量,充电既彻底,又延长了蓄电池使用寿命。该方法的关键是:控制好三个充电阶段的时间。三阶段充电法充电电流和充电电压变化曲线如图1所示。

(1)充电电流曲线(2)充电电压

5、结束语

本文对电动车用电池及其充电方法的选取进行了较详细的探讨,结合实际做了大量的实验,实践证明三阶段充电法对电动车用铅酸蓄电池充电,具有能更好地遵循充电电流接受率曲线,减少充电出气量,克服蓄电池充电充不满的毛病,还能大大延长蓄电池的使用寿命,减少环境污染等诸多优点,具有重要的理论和实践价值。

参考文献

[1]周志敏,周纪海,纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社.2005.10(1—13)