用普通的1.5光伏电池成本构成连接成多个,能给电解电容充电吗?

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用一节普通干电池对一个平行板电容器充电在充电的过程中,电容器两个极板之间的电场强度变大.为什么?
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电容器两个极板之间的电场强度与极板上带电量成正比,原来不带电,场强为零,充电过程就是使极板电量逐渐增加的过程,所以电场强度逐渐变大.不过这个过程很短.
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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。
日常使用的,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,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,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。
根据所处工作阶段,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,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。
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color:#-09-06,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,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。
在充电模式的选择上,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。
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:
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color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、对电池充电最好选择能控制充电电流与时间的。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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、不同品牌、不同容量的电池不能混合充电,与电池充电特性不匹配的也不能混合充电。
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。
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。
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。
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:
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、与电池的带电量有关。通常,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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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:
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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;
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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,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。
镍氢电池与其他一样,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。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号总可以比7号的容量做的更大。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,普遍可以达到900mAh。
规格一词用在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。
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,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,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。
日常表述中的“锂电池充电电流”是针对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。
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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。
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、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。
<span style="font-size:10.5line-height:150%;font-family:\03A2\022Dх\06AC\02CE\0325;
color:#、恒压充电时的充电电流:就单节锂离子电池而言,当达到一定电压值时,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,大多数较宜设计为0.5C充电,如,常规容量为mAh,可选择1A充电,而倍率型的为mAh,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。
锂电池自放电是指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。
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。
锂电池充电周期与锂电池寿命有着密切的关系,一个充电周期指的是一次完全充放电过程,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。
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:
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color:#、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;
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color:#、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()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。
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color:#、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;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。
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