電池常識知识


電池的基本常識

一.電压：两极間的電位差稱為電池的電压。主要有標稱（額定）電压、开路電压、充電終止（截止）電压和放電終止
（截止）電压、实际電压等。電池刚出廠时，正負极之間的電势差稱為電池的標稱電压。標稱電压由极板材料的電极
電位和内部電解液的浓度决定。当环境温度、使用时間和工作状态变化时，单元電池的輸出電压略有变化，此外，電
池的輸出電压与電池的剩余電量也有一定关系。

常用的電池標稱電压有：
磷酸鐵鋰(LiFePO4)： 3.2V 鋰离子/鋰聚合物(Li-ion/Lipo)：3.7V
錳酸鋰(Li2MnO4)： 3.7V 三元材料(Ternary Material)： 3.2V
碱性碳性柱式(LR/R_P)：1.5V 镍镉镍氢(NiCd/NiMH)：1.2V
鋰锰扣式柱式(CR) ： 3.0V 鋰亚硫酰氯(ER) ： 3.6V

電池刚充满電后的電压稱為开路電压；蓄電池充足電时，极板上的活性物質已达到饱和状态，再繼續充電，
電池的電压也不会上升，此时的電压稱為充電終止電压。实际测得的電池電压稱為实际電压。

镍镉電池的充電終止電压為1.75~1.8V; 鋰离子電池的充電終止電压為4.25V;
磷酸鐵鋰的充電終止電压為3.75V; 鋰聚合物電池的充電終止電压4.25V;

放電終止電压是指電池放電时允许的最低電压。如果電压低于放電終止電压后電池繼續放電,電池两端電压会
迅速下降，形成深度放電，这样,极板上形成的生成物在正常充電时就不易再恢复，从而影响電池的壽命。放電終止
電压和放電率有关。放電電流直接影响放電終止電压。在规定的放電終止電压下，放電電流越大，電池的容量越小。

镍镉電池的放電終止電压一般在1.0V-1.1V; 鋰离子電池的放電終止電压為3.0V
磷酸鐵鋰的放電終止電压一般规定為2V; 鋰聚合物電池的放電終止電压3.0V

二.電流：蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為蓄電池的標稱（額定）容量。例如，用2A電流对1Ah電池充
電，充電速率就是2C；同样地，用2A電流对500mAh電池充電，充電速率就是4C。

三.容量：電池充足電后，在一定放電条件下,放至规定的終止電压时，電池放出的总容量稱為電池的標稱(額定)容量。
電池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的電流下放電1小时。单元電池内活性物質的数量决定单元電池含有
的電荷量，而活性物質的含量则由電池使用的材料和体积决定，通常電池体积越大，容量越高。

四.内阻：電池的内阻决定于极板的電阻和离子流的阻抗。在充放電过程中，极板的電阻是不变的,但是，离子流的阻
抗将随電解液浓度的变化和带電离子的增减而变化。

五.分类：
1.按外觀：分為园柱型、方型、纽扣型、异型、組合型等。
2.按使用次数：分為一次電池(不能重复使用,如干電池等),二次電池(可以多次充電循环使用,如镍氢鋰离子等)。
3.按材料：分為镍镉镍氢、鋰离子鋰聚合物、碱性碳性、鋰亚硫酰氯、氧化銀、鉛酸電池等。

六.记忆效应：镍氢镍镉電池在使用过程中，如果電量没有全部放完就开始充電，下次再放電时，就不能放出全部電
量。比如，镍镉電池只放出80%的電量后就开始充電，充足電后，该電池也只能放出80%的電量，这种现象稱為镍氢
镍镉電池的记忆效应。记忆效应可用多次的过放電来消除。

七.串联/并联：当電池組串联时，電压叠加，容量不变；当電池組并联时，容量叠加，電压不变。

八.充電过程与充電方法：
電池的充電过程通常可分為预充電、快速充電、补足充電、涓流充電四个阶段。

对长期不用的或新電池充電时，一开始就采用快速充電，会影响電池的壽命。因此，这种電池应先用小電流
充電，使其满足一定的充電条件，这个阶段稱為预充電。

快速充電就是用大電流充電，迅速恢复電池電能。快速充電速率一般在1C以上，快速充时間由電池容量和充
電速率决定。

為了避免过充電，一些充電器采用小電流充電。镍氢镍镉電池正常充電时，可以接受C/10或更低的充電速率，
这样充電时間要10小时以上。采用小電流充電，電池内不会产生过多的气体，電池温度也不会过高。只要電池接到
充電器上，低速率恒流充電器就能对電池提供很小的涓流充電電流。電池内产生的热量可以自然散去。

快速充電分恒流充電和脉冲充電两种，恒流充電就是以恒定電流对電流充電，脉冲充電则是首先用脉冲電流对
電池充電,然后让電池放電，如此循环。電池脉冲的幅值很大、宽度很窄。通常放電脉冲的幅值為充電脉冲的3倍左右
虽然放電脉冲的幅值与電池容量有关，但是，与充電電流幅值的比值保持不变。

采用某些快速充電止法时，快速充電終止后,電池并未充足電。為了保证充入100%的電量，还应加入补足充電
过程。补足充電速率一般不超过0.3C。在补足充電过程中，温度会繼續上升，当温度超过规定的极限时,充電器转入
涓流充電状态。

存放时,镍氢镍镉電池的電量将按C/30到C/50的放電速率减小,為了补偿電池因自放電而损失的電量，补足充電
結束后,充電器应自动转入涓流電过程,涓流充電也稱為维护充電。根据電池的自放電特性,涓流充電速率一般都很低。
只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，在维护充電状态下，充電器将以某一充電速率给電池补充電荷，这样可
使電池总处于充足電状态。

九.镍氢镍镉快速充電終止控制方法：
从镍氢镍镉電池快速充電特性可以看出，充足電后，電池電压开始下降，電池的温度和内部压力迅速上升，
為了保证電池充足電又不过充電，经常采用定时控制、電压控制和温度控制等多种方法：
（1）定时控制：
采用1.25C充電速率时,電池1h可充足；采用2.5C充電速率时，30min可充足。因此,根据電池的容量和充電電流,
很容易确定所需的充電时間。这种控制方法最简单，但是由于電池的起始充電状态不完全相同，有的電池充不足，
有的電池过充電，因此，只有充電速率小于0.3C时，才允许采用这种方法。

（2）電压控制：
在電压控制法中，最容易检测的是電池的最高電压。常用的電压控制法有：

最高電压（Vmax）从充電特性曲线可以看出，電池電压达到最大值时，電池即充足電。充電过程中，当電池
電压达到规定值后，应立即停止快速充電。这种控制方法的缺点是：電池充足電的最高電压随环境温度、充電速率而
变，而且電池組中各单体電池的最高充電压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断電池已足充電。

電压負增量（－ΔV）由于電池電压的負增量与電池組的绝对電压无关，而且不受环境温度和充電速率等因素
影响，因此可以比较准确地判断電池已充足電。这种控制方法的缺点是：電池電压出现負增量后，電池已经过充電，
因此電池的温度较高。此外鎳氫電池充足電后，電池電压要经过较长时間，才出现負增量，过充電较严重。因此，
这种控制方法主要適用于镍镉電池。

電压零增量（0ΔV）鎳氫電池充電器中，為了避免等待出现電压負增量的时間过久而损坏電池，通常采用0ΔV
控制法。这种方法的缺点是：充足電以前，電池電压在某一段时間内可能变化很小，从而造成过早地停止快速充電。
為此,目前大多数鎳氫電池快速充電器都采用高灵敏－0ΔV检测，当電池電压略有降低时，立即停止快速充電。

（3）温度控制：
為了避免损坏電池,電池温度过低时不能开始快速充電，電池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充電。
常用的温度控制方法有：

最高温度（Tmax）：充電过程中,通常当電池温度达到45℃时，应立即停止快速充電。電池的温度可通过与電池
装在一起的热敏電阻来检测。这种方法的缺点是热敏電阻的响应时間较长，温度检测有一定滞后，同时，電池的最高
工作温度与环境温度有关。当环境温度过低时，充足電后，電池的温度也达不到45℃。

温升（ΔT）：為了消除环境影响,可采用温升控制法。当電池的温升达到规定值后,立即停止快速充電。為了实
现温升控制，必须用两只热敏電阻，分别检测電池温度和环境温度。

温度变化率（ΔT/Δt）：镍氢和镍镉電池充足電后,電池温度迅速上升，而且上升速率ΔT/Δt基本相同,当電池温度
每分钟上升1℃时，应当立即終止快速充電，為了提高检测精度应设法减小热敏電阻非线性的影响。

最低温度（Tmin）当電池温度低于10℃时，采用大電流快速充電，会影响電池的壽命。在这种情况下，充電器
应自动转入涓流充電，待電池的温度上升到10℃后，再转入快速充電。

（4）综合控制：
上述各种控制方法各有优缺点。為了保证在任何情况下，均能准确可靠地控制電池的充電状态，目前镍氢镍镉
快速充電器中通常采用包括定时控制、電压控制和温度控制的综合控制法。

十.鋰离子/鋰聚合物電池充電方法：
目前鋰電池充電主要是限压限流法，初期恒流(CC)充電，電池接受能力最强，随着充電过程不断进行，极化作
用加强，温升加剧，電压上升，当荷電达到约70~80%时，電压达到最高充電限制電压，转入恒压(CV)充電阶段。在
恒压阶段，有稱涓流充電，大约花费30%的时間充入10%的電量，電流强度减小，温升不再增加。

这种过程考虑電池組总電压或平均電压控制，其实总有单体電压较高者，相对組内其它電池已经进入过充電阶
段。同理，在放電时，在組内就有过放電電池，过充过放对電池的损害都是致命的,不同之处仅在于过充产生大量气
体、易自燃和爆炸、表象剧烈；过放外觀变化和缓、但失效速度却极快，在正常使用中都应严格避免出现。

对此,就有一种稱為并联控制、均衡管理的新的鋰電充電方法,能够对每一节電蕊单独进行充放電管理,均衡控制,
这种动态均衡集中了放電均衡与充電均衡两种均衡的优点，尽管单体電蕊之間初始容量、電压、内阻等有差异，在工
作中却能保证相对的充放電强度和深度的一致性，渐进达到共同的壽命終点。这种方法对大電流放電特别適用，我公
司现已研制出对多达20节的串联鋰電进行PCB均衡保护，最高放電電流可达100A。

因此，在给鋰電池充電时，一定要使用專用的鋰電充電器，特别是要注意与所使用的電蕊的参数要配套，要一
致，当鋰電池組合使用时，一定要给電池組加PCB保护板，才可能避免電蕊豉包,漏液,甚至起火,爆炸，尽可能长地延
长電池的使用壽命，不过充不过放，增加電池的循环使用次数。

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