電池充電，正確的方法！

NEC電池是一種電化學(xué)裝置，它在化學(xué)鍵結(jié)結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存能量，并以電池的化學(xué)放電反應(yīng)產(chǎn)生的電子形式釋放能量。 電池充電提供電子以重新形成存儲(chǔ)在電池活性材料中的化學(xué)鍵。 這是所有化學(xué)物質(zhì)的真正電池充電，包括本博客中提到的那些：鉛酸、鎳金屬氫化物、鎳鎘和鋰離子變體。 在本博客中，我們將討論 12 伏電池的最佳充電程序。
作為一般規(guī)則，有三種主要的收費(fèi)類型：
• 恒壓 (CV)
• 恒流 (CC)
• 恒定功率（錐形充電）

所有充電配置文件和所有充電設(shè)備都使用這些基本方法的變體，通常是組合使用。
電池充電速率取決于每秒流入電池的電子數(shù)量（電流）。 電流的速度與光速一樣是固定的，因此要增加充電速率，必須增加電流密度或每秒流過的安培數(shù)。 如果將電子推入 AM 的力增加，即電壓，則電子流增加。 更高的電壓 = 更多的安培。

不同電池類型的電壓和內(nèi)阻取決于其化學(xué)性質(zhì)，充電電壓也會(huì)相應(yīng)變化。 在這篇博客中，我們將考慮鉛酸電池、鋰離子電池、鎳鎘電池和鎳金屬氫化物電池的化學(xué)成分。

從鉛酸開始，我們可以描述儲(chǔ)存和釋放電子的化學(xué)反應(yīng)，稱為“雙硫酸鹽理論”

• PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O…………………………………………..eq. 1

在此反應(yīng)中，電解液，即稀硫酸，在放電過程中與正極板和負(fù)極板發(fā)生反應(yīng)時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)化為水。 負(fù)極板在放出電子形成硫酸鉛時(shí)被氧化，正極板從氧化鉛還原為硫酸鉛，因?yàn)樗邮茈娮訉⒍趸U轉(zhuǎn)化為硫酸鉛。 在此期間，水的產(chǎn)生導(dǎo)致酸性電解質(zhì)的稀釋和極板之間電位差的減小。 這會(huì)產(chǎn)生較低的電解液 SG 和較低的電池電壓。 在電池充電時(shí)，情況正好相反。 因此，電池電壓和電解液 SG 這兩個(gè)參數(shù)是鉛酸電池充電狀態(tài)的測(cè)量值。

對(duì) 12 伏鉛酸電池進(jìn)行充電時(shí)，充滿電時(shí)需要高于電池剩余電壓的電壓，對(duì)于新的富液式電池通常在 12.60 到 12:84 之間，對(duì)于新的 VRLA 電池通常在 12:84 到 13.08 之間。 鉛酸電池有四種基本變體：平板浸沒式、管式浸沒式和 VRLA 版本，它們是 AGM（平板）和 GEL（主要是管狀）。 表 1 給出了電池類型、它們的應(yīng)用和相關(guān)的充電方法。

電池類型	普通電池充電方式
鉛酸蓄電池平板浸液式充電方法	恒流錐形充電 恒流/恒壓錐形充電 恒壓錐形充電
鉛酸蓄電池管狀極板滿液式充電方法	恒流錐形充電 恒流/恒壓錐形充電 恒壓錐形充電
鉛酸閥控式鉛酸蓄電池（AGM SMF）充電方法	恒流/恒壓充電 恒壓充電 恒流/恒壓脈沖充電
鉛酸管狀凝膠閥控式鉛酸蓄電池充電方法	恒流/恒壓充電 恒壓充電 恒流/恒壓脈沖充電
鎳鎘電池充電方法	恒流慢，定時(shí)器無控制 具有 dT/dT 截止的恒定電流 -dV/dT 截止的恒定電流
鋰離子電池充電方法	具有最終電流截止的恒定電流 恒流電壓截止 具有最終電流截止的恒定電壓

表 1 – 不同電池類型以及不同化學(xué)類型電池的相關(guān)電池充電方法

• CC = 恒流
• CV = 恒壓
• dT/dt = 溫度斜率
• -dV/dt – 負(fù)電壓斜率

列出的收費(fèi)方式，描述如下：

• 恒流充電
  在這種類型的充電中，電壓隨著電池充電完成而上升。 電流被限制在將電池電壓和溫度保持在低水平的值。 一般情況下，有一個(gè)定時(shí)器來關(guān)閉充電器，以防止過度放氣和失水，減少正極板腐蝕。 1a. 這種充電方法不適用于密封或低維護(hù)的富液式鉛酸電池。

• 恒壓、限流錐形充電
  通過電壓限制充電，氣體逸出的問題被最小化甚至根除。 在圖 1b 中，我們看到電壓達(dá)到峰值，對(duì)于 12 伏電池，通常在 13.38 和 14.70 伏之間。 很明顯，一旦達(dá)到最大充電電壓，電流就會(huì)迅速下降。 由于后期充電階段的電流水平較低，這種類型的充電通常需要很長(zhǎng)時(shí)間。 一般用于充電時(shí)間長(zhǎng)的UPS或備用電源。

• 錐形電荷
  這是充電器的最簡(jiǎn)單形式，通常基于變壓器，可提供恒定的功率輸出，即瓦特。 電流隨著電壓的增加而下降，從而保持對(duì)電池的恒定功率輸入。 圖 1c 顯示了一條典型曲線，其中電流隨著電池電壓的增加而衰減。 反電動(dòng)勢(shì)也隨著充電狀態(tài) SOC 增加，這意味著電流將下降到非常低的水平，因?yàn)殡姵責(zé)o法吸收更多電力。

• 這種類型的充電器不適用于鉛酸密封免維護(hù)電池，因?yàn)楫a(chǎn)生的氣體量取決于電池電壓。 在這種情況下，充電電壓可能高達(dá) 16 或 17 伏，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的氣體逸出并打開泄壓閥，隨后失水。

• 兩階段限流限壓充電
  另一種流行的充電曲線如圖 1 所示。 1天。 這樣，允許電壓在體相中上升，直到達(dá)到放氣電壓。 然后電流下降到一個(gè)較低的固定水平，以降低逐漸上升到放氣水平的電壓。 通常，有一個(gè)與初始體相充電時(shí)間相關(guān)的截止時(shí)間。 這可以根據(jù)電池的充電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)固定的充氣時(shí)間和固定的安培小時(shí)輸入

• 具有均衡恒流脈沖的電壓限制大容量充電。
  無花果。 圖2是常見脈沖充電方法的表示。 這對(duì) VRLA 電池用戶來說通常是有益的，因?yàn)樗麄兊碾姵爻錆M電的時(shí)間有限。 在這種方法中，有大量電荷被施加的 CC 和 CV 階段。

• 脈沖通常是 10 到 20 秒的電流突發(fā)，帶有電壓限制，然后是長(zhǎng)達(dá)幾分鐘的暫停。 由于電壓滯后于持續(xù)時(shí)間有限的電流，因此它在消失之前不會(huì)達(dá)到峰值水平。 通過這種方式，氣體逸出受到限制，電流脈沖之間的停頓時(shí)間允許氣體重新組合成水，從而防止變干。

迄今為止的評(píng)論都是針對(duì)鉛酸電池的。 鋰離子、鎳鎘和鎳氫電池的充電需要與鉛酸電池不同的電池充電算法。 從鋰離子電池開始，需要立即注意的是，不同的鋰離子陰極有不同的充電電壓。 鋰離子 -FePO4 在 3 下運(yùn)行。 每個(gè)電池為 2V，而 Li-Co 為每個(gè)電池 4.3v。 這意味著您不能為這兩種電池使用相同的充電器。

但是，所有類型的鋰離子電池的一般原理都相同，與鉛酸電池有很大不同。 由于在充電和放電過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，因此在充電器輸出或 BMS（電池管理系統(tǒng)）限制的非常高的速率下，傳輸速度很快。 通常，在具有電壓截止的恒定電流下，0.1C 到 1C 的比率是常見的。 圖 3 顯示了鋰離子電池的典型充電曲線。 當(dāng)最小電流達(dá)到 1C 安培值的 2-3% 左右時(shí)，也可以結(jié)束充電期。

NiMH 和 NiCd 還具有不同的充電模式和對(duì)充電的非常不同的響應(yīng)，無論是對(duì)其他化學(xué)物質(zhì)還是彼此之間。 圖 4 顯示了兩種 Ni-Cad 的典型充電模式 (a) 和鎳氫 (b)。 盡管兩種鎳變體具有相同的靜止電壓和工作電壓，但充電電壓可能會(huì)有很大差異。 兩種類型的充電器都不能依賴電壓作為充電終止機(jī)制。 為此，充電器簡(jiǎn)單地使用具有基于斜率的時(shí)間、電壓斜率和溫度變化的終止的一級(jí)或二級(jí)恒流充電器。 對(duì)充電特性的檢查表明，當(dāng)充電達(dá)到 100% 完成時(shí)，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)溫度上升和電壓響應(yīng)下降。

這些特性用于確定充電結(jié)束。 由于絕對(duì)電壓隨溫度變化并且對(duì)于兩種類型的電池都是不同的。 負(fù)電壓斜率 (-dV/dt) 的開始或溫度斜率的快速增加 (dT/dt) 是最常用的特性。 如果使用計(jì)時(shí)方法，那么電流應(yīng)該非常低以防止過度充電和氧氣損失。 在某些情況下，尤其是電池或電池不平衡時(shí)，最好在使用定時(shí)器方法充電之前將每個(gè)電池放電至 0.9-1.0 V。

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本文由日本NEC鋰電池中國(guó)營(yíng)銷中心于2023-05-12 10:20:11 整理發(fā)布。
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