可充電電池：原理，隱患，及安全充電方法

　　本文概要介紹了電池充電方式和現(xiàn)代電池技術(shù)，以使讀者能更好的了解便攜設(shè)備中使用的電池。本文對(duì)鎳鎘(NiCd) 電池，鎳氫(NiMH) 電池和鋰離子(Li+) 電池的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了描述，還介紹了一款單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池保護(hù)芯片。

概述

　　電池的應(yīng)用從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這么廣泛。電池正在變得更小、更輕，在單位體積內(nèi)容納更多能量。電池發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)自便攜設(shè)備(例如移動(dòng)電話(huà)，膝上電腦，攝錄像機(jī)和MP3 播放器)的快速發(fā)展。這篇關(guān)于充電方式和現(xiàn)代電池技術(shù)的應(yīng)用筆記將幫助您更好了解這些便攜設(shè)備中使用的電池。

電池的定義

　　如果電池僅定義為能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，則其有可能包括飛輪和時(shí)鐘發(fā)條等元件。在現(xiàn)代技術(shù)中電池的更精確定義為：能夠產(chǎn)生電能的便攜、獨(dú)立化學(xué)系統(tǒng)。

　　一次電池，又叫不可充電電池或原電池，從電池單向化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生電能。原電池放電導(dǎo)致電池化學(xué)成分永久和不可逆的改變。但可充電電池，又叫二次電池，可在應(yīng)用中放電，也可由充電器充電。所以，二次電池儲(chǔ)存能量，而不是產(chǎn)生能量。

　　充電和放電電流(安培)通常用電池額定容量的倍數(shù)表示，叫做充電速率(C-rate)。例如，對(duì)于額定為1 安時(shí)(Ah)的電池，C/10 的放電電流等于1Ah/10 = 100mA 。電池的額定容量(Ah 或mAh)是電池在特定的條件下完全放電所能儲(chǔ)存(產(chǎn)生)的電能。因此，電池的總能量等于容量乘以電池電壓，單位為瓦時(shí)。

電池性能的測(cè)試

　　電池的化學(xué)成分和設(shè)計(jì)共同限制了輸出電流。若沒(méi)有實(shí)際因素限制性能，電池瞬時(shí)可以輸出無(wú)窮大電流。限制電池輸出電流的主要因素是基本化學(xué)反應(yīng)速率、電池設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域。某些電池本身具有產(chǎn)生大電流的能力。如鎳鎘電池短路電流可大到足以融化金屬和引起火災(zāi)。其它一些電池只能產(chǎn)生弱電流。電池中所有化學(xué)和機(jī)械總效應(yīng)可用一個(gè)數(shù)學(xué)因數(shù)表示，即等效內(nèi)阻。降低內(nèi)阻可獲得更大電流。

　　沒(méi)有電池能永久儲(chǔ)存能量。電池不可避免要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并緩慢退化，導(dǎo)致儲(chǔ)存電量減少。電池容量與重量(或體積)之比稱(chēng)為電池的能量密度。高能量密度意味著在給定體積和重量的電池中可存儲(chǔ)更多能量。

　　下表給出了個(gè)人電腦和蜂窩電話(huà)中可充電電池的主要化學(xué)成分，以及其額定電壓和能量密度(以瓦時(shí)每千克，或Wh/Kg 表示)。

表1. 常用可充電電池化學(xué)成分的能量密度表2. 常用可充電電池化學(xué)成分的特性

　　若一次和二次電池都能達(dá)到同樣目的，為什么不總是選擇二次電池呢？原因是二次電池有以下缺點(diǎn)：

• 實(shí)際中，所有二次電池能量都會(huì)因自放電較快的損失

• 二次電池使用前必需充電

電池充電

　　一個(gè)新的可充電電池或電池組(一個(gè)電池組中有幾個(gè)電池)不能保證已充滿(mǎn)電。事實(shí)上它們很可能已被完全放電。因此，首先要根據(jù)制造商提供的、與化學(xué)成分相關(guān)的指南，對(duì)電池/電池組充電。

　　每次充電要根據(jù)電池化學(xué)成分按順序施加電壓和電流。因此，充電器和充電算法需滿(mǎn)足不同電池化學(xué)成分的不同要求。電池充電常用術(shù)語(yǔ)包括：用于NiCd 和NiMH 電池的恒流(CC) ，和用于鋰離子和鋰聚合物電池的恒流/恒壓(CC/CV) (圖1 至6)。

 
圖1. 半恒流充電，主要應(yīng)用于剃須刀，數(shù)字無(wú)繩電話(huà)和玩具

 
圖2. 定時(shí)器控制充電，主要應(yīng)用于筆記本，數(shù)據(jù)終端，無(wú)線(xiàn)設(shè)備和蜂窩電話(huà)

 
圖3. -DV 終止充電方式，主要應(yīng)用于筆記本，數(shù)據(jù)終端，攝錄像機(jī)，無(wú)線(xiàn)設(shè)備和蜂窩電話(huà)

 
圖4. -dT/dt 終止充電方式，應(yīng)用于電源設(shè)備和電動(dòng)工具

 
圖5. 涓流充電，主要應(yīng)用于應(yīng)急燈，導(dǎo)引燈和存儲(chǔ)器備份表3. 充電方式

 
表4. 不同化學(xué)成分電池充滿(mǎn)的判據(jù)

 
　　如上所示，電池化學(xué)成分和充電技術(shù)不同，充電終止的判定條件也不同。

鎳鎘電池充電

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