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电池的充电原理

时间:2023-07-26 05:37:00 智能电容器yd

电池充电原理及注意事项!


电池在手机中起着非常重要的作用,无论是从技术角度作用。今天,在市场上销售的手机中,使用的电池已经基本完成了从镍电池到锂电池的过渡。也许是因为手机电池刚刚完成了从镍电池到锂电池的革命,人们对锂电池的理解并不统一。在许多情况下,不正确的说法和做法相当流行。因此,有必要了解一点锂电池,掌握锂电池的正确使用方法。

一、锂电池类型:
目前市场上使用的二次电池主要有镍氢化合物(Ni-MH)与锂离子(Li-ion)两种类型。液体锂离子电池已在锂离子电池中量产(LiB)和聚合物锂离子电池(LiP)两种。所以在很多情况下,电池上都标有标记Li-ion是的,一定是锂离子电池。但不一定是液体锂离子电池,也可能是聚合物锂离子电池。
锂离子电池是锂电池的改进产品。锂电池很久以前就有了,但锂是高度活跃(还记得它在元素周期表中的位置吗?)金属,使用不安全,充电时经常燃烧、爆裂,然后改进锂离子电池,添加可抑制锂活性成分(如钴、锰等),使锂真正达到安全、高效、方便,旧锂电池基本消除。至于如何区分它们,可以从电池的标识中识别出来。锂电池是Li、锂离子电池为Li-ion。现在,笔记本电脑和手机使用的所谓锂电池实际上是锂离子电池。
现代电池的基本结构包括正极、负极和电解质。锂离子电池作为一种电池,也有这三个要素。锂离子技术一般采用液体或无机胶体电解质,因此需要坚固的外壳来容纳可燃活性成分,这增加了电池的重量和成本,限制了尺寸和形状的灵活性。一般而言,液体锂离子二次电池的最小厚度是6mm,更难减少。
聚合物锂离子电池在这三种主要结构中至少使用一种或多种聚合物材料作为其主要电池系统。
新一代聚合物锂离子电池在聚合物化程度上已经很高了,所以形状可以薄(最薄0.5mm)、任何区域和任何形状,大大提高了电池造型设计的灵活性,可以满足产品需求,制作任何形状和容量的电池。同时,聚合物锂离子电池的单位能量比目前普通锂离子电池高出50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命和环保性能都比锂离子电池高出50%。
目前市场上销售的液体锂离子(LiB)在过度充电的情况下,电池容易导致安全阀破裂和火灾,这是非常危险的,因此必须安装保护IC线路确保电池不会过度充电。在聚合物聚合物锂离子电池方面,这类电池比液体锂离子电池具有更好的耐充放电特性,因此具有外部保护性IC适当放宽线路要求。此外,聚合物锂离子电池可用于充电IC锂离子二次电池采用固定电流充电CCCV(Constant Currert-Constant Voltage)相比之下,充电方式所需的时间可以缩短很多等待时间。

二、手机厂商锂电池的应用
虽然近年来几乎所有的制造商都倾向于使用锂离子电池,但世界上主要的手机制造商仍然有自己的特点和习惯来选择电池,比如在同一历史时期:
诺基亚:采用Ni-MH(镍氢)电池,LiB(液体锂离子)电池未使用LiP(聚合物锂离子)电池。
爱立信:采用Ni-MH电池、LiB电池、LiP电池。
摩托罗拉:采用Ni-MH电池、LiB电池,电池LiP电池。
不难发现,手机是第一个选择的LiP在聚合物锂离子电池中,爱立信体现了其手机技术先驱的本质。根据我发现的信息,聚合物锂离子电池的主要制造商是日本SONY、松下、GS等几家公司,2000年产量达到2100万,其中50%是爱立信手机。如今,锂离子电池已广泛应用于其他手机制造商的手机中。然而,聚合物锂离子电池的使用还远未在所有手机制造商的产品中普及,需要时间才能广泛使用。
另一方面,锂离子电池虽然有很多优点,但也有价格高、充放电次数少等缺点。锂电池的充放电次数只有400-600次,经过特殊改进的产品也不过800多次。镍氢电池的充放电次数可达700次以上,部分优质产品的充放电次数可达1200次。相比之下,镍氢电池的寿命比锂电池长。此外,镍氢电池的价格远低于锂电池。而且严格来说,锂电池也会有记忆效应,但其记忆效应很低,基本上可以忽略不计。
从这个角度来看,目前还没有完美的电池。

三、锂离子电池的使用
这部分是本文的重点,我们分三点来谈。
1.如何给新电池充电?
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,只要正常充放电循环3-5次即可激活,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,它几乎没有记忆效应。因此,用户手机中的新锂电池在激活过程中不需要特殊的方法和设备。理论上不仅如此,从我自己的实践来看,最好从一开始就用标准的方法充电。
对于锂电池的激活问题,许多说法是:充电时间必须超过12小时,重复三次,以激活电池。这种前三次充电需要12小时以上的说法显然是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的。所以这种说法一开始可以说是误传。锂电池和镍电池的充放电特性差别很大,可以很清楚的告诉大家,我查阅的所有严肃的正式技术资料都强调,过充放电会对锂电池造成很大的伤害,尤其是液体锂离子电池。因此,最好按照标准时间和方法充电,特别是不超过12小时。通常,手机手册中介绍的充电方法是适合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会自动停止充电,没有镍电充电器所谓的涓流充电。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。没有人能保证电池的充放电保护电路的特性和质量不会改变,所以你的电池会长期处于危险的边缘。这也是我们反对长充电的另一个原因。
此外,对于一些手机,如果充电超过一定时间,系统不仅不会停止充电,还会开始放电充电循环。也许这种做法的己的目的,但显然不利于电池和手机/充电器的使用寿命。同时,长充电需要很长时间,通常需要在夜间进行。根据中国电网的情况,很多地方夜间电压高,波动大。正如我前面所说,锂电池非常精致。它比镍电在充放电方面的抗波动性差得多,因此带来额外的危险。
另外,不可忽视的另一个方面是锂电池也不适合过放电,过放电对锂电池也非常不利。这导致了以下问题。
2.正常使用时应何时开始充电?
在我们的论坛上,我们经常可以看到这样的说法,因为充放电次数有限,所以我们应该在充电前尽可能多地使用手机电池的电源。但我找到了锂离子电池充放电循环的实验表。循环寿命数据列出如下:
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。从表中可以看出,充电次数与放电深度有关,10%DOD循环寿命比100%长DOD要长得多。当然如果折合到实际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200、后者完全充放电或更好,但网民说做一些修改:在正常情况下,你应该保留按照剩余电池充电的原则,但如果你的电池预计第二天不能坚持整个白天,应该及时开始充电,当然,如果你愿意把充电器带到办公室,那就另当别论了。
当你需要充电来处理预期即将到来的重要事件时,即使电池仍然有大量的剩余电源,你也只是提前充电,因为你并没有真正失去1次充电循环寿命,即0.x而且这个x往往很小。
用完电池剩余电量再充电的原则不是让你走向极端。和长充电一样,有一种说法是尽量用完手机电池的电量,最好自动关机。其实这种做法只是镍电池上的一种做法,目的是为了避免记忆效不幸的是,它也在锂电池上流传。一旦有人因为手机电池电量过低而出现警告,仍然不充电继续使用直到自动关机。因此,本例中的手机在以后的充电和启动中没有反应,必须送客服进行维修。这实际上是由于电池过度放电导致电压过低,因此没有正常的充电和启动条件。
3.锂电池手机的正确做法
综上所述,我使用锂电池手机充放电最重要的提示是:
1.按标准时间和程序充电,即使是前三次;
2.手机电量过低时,应尽量及时开始充电;
3.锂电池的激活不需要特殊的方法,锂电池在手机正常使用时会自然激活。如果你坚持用流传的前三次12小时充电激活的方法,其实不会有效果。
因此,所有追求12小时超长充电和使用锂电池手机自动关机的做法都是错误的。如果你以前做错了,请及时纠正。也许还不算太晚。
当然,在手机及充电器自身保护和控制电路质量良好的情况下,对锂电池的保护还是有相当保证的。因此,对充电规则的理解是关键,在某些情况下也可以做出一些让步。例如,如果你发现你的手机必须在晚上睡觉前充电,你也可以在睡觉前开始充电。问题的关键是要知道正确的做法是什么,不要刻意按照错误的说法去做。
愿younet朋友们一起努力掌握锂电池的知识,学习正确使用锂电池的科学方法,尽快告别手机上流传已久的错误陈述和做法。


手机锂电池充电知识
目前手机配备的电池基本都是锂离子电池,所以我下面说的是锂离子电池的充电知识。镍氢电池不一样,这里就不说了。

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一、基本概念:


1、锂离子电池标称电压3.7V(3.6V),充电截止电压4.2V(4.1V,根据电池的标志有不同的设计)。(锂离子电池规格为:锂离子二次电池)

2.锂离子电池充电要求(GB/T18287 2000规范):首先恒流充电,即电流一定,而电池电压随着充电过程逐步升高,当电池端电压达到4.2V(4.1V),将恒流充电改为恒压充电,即根据电池的饱和度,当电流减小到0时,电流会根据电池的饱和度逐渐减小.01C认为充电终止了。

(C它是一种表示电池标称容量对比电流的方法。例如,电池是1万mAh的量,1C就是充电电流1000mA,注意是mA而不是mAh,0.01C就是10mA。)当然,规范的表示方式是0.01C5A,我这里简化了。

3、为什么认为0.01C为充电结束:这是国家标准GB/T18287-2000所规定的,也是讨论得出的。以前大家普遍以20mA为结束,邮电部行业标准YD/T998-1999也是这样规定的,即不管电池容量多大,停止电流都是20mA。国标规定的0.01C有助于充电更饱满,对厂家一方通过鉴定有利。另外,国标规定了充电时间不超过8小时,就是说即使还没有达到0.01C,8小时到了,也认为充电结束。(质量没问题的电池,都应在8小时内达到0.01C,质量不好的电池,等下去也无意义),

4、怎样区别电池是4.1V还是4.2V:消费者是无法区分的,这要看电芯生产厂家的产品规格书。有些牌子的电芯是4.1V和4.2V通用的,比如A&TB(东芝),国内厂家基本是4.2V,但也有例外,比如天津力神是4.1V(但目前也是按4.2V了)。

5、把4.1V的电芯充电到4.2V会怎么样:会使电池容量提高,感觉很好用,待机时间增加,但会减短电池的使用寿命。比如原来500次,减少到300次。同样道理,把4.2V的电芯过充,也会减短寿命。锂离子电芯是很娇嫩的。

6、既然电池内有保护板,我们是否就可以放心了呢:不是,因为保护板的截止参数是4.35V(这还是好的,差的要4.4到4.5V),保护板是应付万一的,假如每次都过充,电池也会很快衰减的。

7、多大的充电电流算是合适的:理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等3天吧。国标规定的低倍率充电是0.2C(仲裁充电制式),还以上面的1000mAh容量的电池为例,就是200mA,那么我们可以估计出这只电池5个多小时可以充饱。(容量mAh=电流mA×时间h)

国家技术监督部门鉴定锂电容量,是以1C的高倍率充电,以0.2C的低倍率放电,以时间计算出容量值,试验次数5次,有1次容量达到试验结束。(就是有5次机会,如果第一次试验就合格了,后面的4次不做)检测之前允许有一次预循环,就是以1C恒流充电至4.2V即停止,而没有后面的恒压到0.01C的过程,更没有14小时。

8、锂离子电池能承受多大的充电电流:厂家试验时可以很高,但国标高倍率规定为1C,还以上面的电池为例,1个多小时即可充满。这么大的充电电流,电池能承受吗?对于目前的锂离子电芯,是小意思而已。

目前没有对充电器的国家标准,所执行的是邮电部行业标准YD/T998 1999/2,里面规定了充电器的电流不得大于1C。

9、寿命是怎样规定的:简单说是指电池经过N次1C充、1C放电后,容量下降到70%,此时的N就是寿命。并不是说300次还可以用,301次就不能用了。国标规定寿命不得小于300次。我们平时使用的条件没有检测时这么严酷,寿命会更长。

说了这么多概念(不要烦,还有很多没说),终于可以说充电器了。那么目前市场长的充电器情况是怎样的呢?


二、充电器的种类和质量状况,使用建议。

(1)直充

直接插在手机上的那种,有人喜欢叫旅充,我们习惯叫"火牛"。这种充电器随手机有配,原装的质量都不错,突出的是即充即用,所以充电电流设计都较大(严格地说是手机所控制的充电电流),充电时间短。有些手机充满后有涓流补电,有些手机充满后即截止,等下去也徒劳。看了上面的概念你应该知道,是正常的,而且不用再傻乎乎地等14小时了。

对于直充的充电效果,还要看手机,因为充电控制电路在手机上,其截止电压有一定的离散性,我实际测量同一批次同一型号的手机基本在4.09V至4.21V之间。就是说如果4.09V截止了,还没充满,不是最理想的容量,再继续充一段时间可能会更饱些。但不要忘了,即使有涓流补电的手机,就像4.09和4.21的充电电压的差别一样,手机的涓流补电电流也有一定的离散性,如果补电电流大了,就变成充电了,10几个小时,对电池也是有损害的,我曾遇到许多电池在手机上充坏的现象,原装电也有,品牌电也有。假如充坏了电池,造成漏液等,还有可能损坏手机,所以建议大家如果真想补电,应控制在2小时以内,并不要超过8小时。

我的看法是,锂电很娇气,充饱够用即可。每次少用几小时但多用半年,和每次多用几小时但少用半年,自己衡量吧。

但原装直充也有有问题的时候,我们就遇到过一批手机中所配的直充故障率高的现象。还好,故障是无电压,如果是高电压,好看了。

市面上还有大量非原装的火牛,质量好的没问题,质量差的你自己可以想象,因为你是一端插在220V的交流电上,另一端在手机上……所以以我个人观点,不建议用非原装的火牛。(至少原装的出了事有给你背锅的)

(2)座充

是有两个槽位,前面可放手机,后面放电池的,需要和火牛配合使用。原装的座充质量较好,许多具有"智能",有些牌子的基本上能做到恒流恒压的充电过程,并在充电结束后有一个涓流补电的过程。有些牌子的虽然没有做到恒流恒压的过程,但电流电压等参数控制准确,也是不错的。

所谓智能,其实很简单,例如MOTOROLA的电池,内部有一个芯片(只读存储器ROM),固化了一些编码,电池插入充电器后,充电器读出编码,就知道是何种电池,执行相应的充电过程,一切都是事先安排好的。(不同型号,不同容量,供应不同地区,甚至于配不同牌子电芯的,编码都不同),

打个简单的比喻,我喊1,你们就按第一方案执行,我喊2,你们就按第二方案执行,我什么都不喊,或我喊3但事先没和你们约定好,就拒绝执行,现象就是充电器红灯闪烁,不能充电(在手机上就显示非认可电池)。并不是大家想象的,有单片机CPU控制。

"智能"还体现在另外一些方面,就是电池的NTC(热敏电阻)和标准电阻,不同的电池由不同的标准电阻与充电器构成回路,来决定充电电流的大小,而在充电电流决定后,又根据不同的环境温度,由热敏电阻和充电器构成另外的回路来调整充电电流的大小。(有些电池只有热阻,有些电池只有标阻,而有些电池两个都有。)

例如某型号的电池,薄电和厚电的容量不同,最佳的充电电流也应该不同,因此这两只电池的标准电阻是不同的,这样充电器就"知道"为薄电给多大的充电电流,为厚电给多大的充电电流。其实主动权还在电池一方,充电器只不过和电池构成了个回路而已。

同样道理,当充电温度变化时,热敏电阻的阻值发生变化,与充电器构成回路来调整充电电流大小,保护电池,避免过热。

现在你知道为什么电池上和座充的电池槽位有一排五金接触片了吧。

智能"不过如此"。

当然,同时你也知道一个合格的电池应该做到什么了吧?有时候不能全靠充电器,电池做的不好,充电器也发挥不了作用。目前许多国产电池将NTC用普通电阻代替以降低成本,失去了电流调整的作用,还有设计选材不合理等等,这是题外话,先按下不表。(也有道理,看下去就清楚了)

原装座充的涓流补电电流一般控制的比较准,但在充电器转为绿灯后补电2小时即足够了。还是这个原则,对于锂电,达到电芯应该达到的容量够用即可,多充无益。压榨锂电就要付出寿命,偶尔几次14小时可能不会损坏电池,但习惯这样就不好了。


说完了原装座充,该说市场上的品牌座充了。

可以肯定地说,市场上的品牌座充的充电过程没有一个是严格遵循:恒流、恒压的充电过程的(有的话请告诉我,我去买)。它们大概可分为几类:

A、恒压,不涓流补电:电池充到4.2V即截止,遇到这种座充,你等14小时是骗自己。因虽然到了4.2V,但已经截止了,没有一个涓流的过程,没有充饱。

为了充饱,有些设计就来损的,把截止电压改到4.25V以上,更有人设计干脆等电池的保护板截止。如此电池充的很饱,你也一定会对此座充满意,但你的电池寿命已经减少了。用此充电器是过充,不用等14小时也很好用。

B、恒压,用固定涓流补电:算有良心的设计,比上面有改进了,充到4.2V截止,用一个固定的电阻"漏"些电流出来,这个涓流因是固定的,插上电池就有,永远不会停止。据我测量一般在30至50mA左右。用这种充电器,刚转绿灯时没充饱,继续补电2小时左右比较理想,但涓流偏大了,继续充14小时对电池没好处。

C、恒压,所谓的智能脉冲型:电池充到4.2V截止,然后用脉冲电流涓流补电。这种是所谓的高档型,设计思路很好,但可惜的是产品不争气,一致性不好,就是说你买到手的也许好也许坏。我测量有缺点的是:脉冲电流太大50至100mA,脉冲过密,相当于充电了。又贵,如此还不如用B。

值得注意的是,有些座充为追求火牛直充的快速效果,设计的充电电流偏高,接近1C,对于这种座充,虽然没有违反行业标准,但也不能一概以"座充是小电流慢充"一个概念来认识。不过我不建议使用这种座充。

上面只是概括,还有为了追求"充电效果",搞"过充加涓流补电"、"过充加脉冲"、"快速加过充加补电"的。他们需要的是给使用者留一个很好的印象,等用户的电池不行了,基本不会怪罪充电器,顶多骂一句:破电池,才用半年!

选座充的简单方法:
物理外观等方面不说了,只说电方面。
选座充,最好有一个数字万用表,把空电池插入充电,串入万用表量充电电流,在250至350mA范围内比较合适,等充电器转绿灯后,马上拿下电池量电压,在4.15至4.20之间比较正常,转绿灯后再串入万用表观察电流,在30至50mA范围内比较合适。如能选出这样的国产座充,包你使用没问题,何必花冤枉钱买原装的呢?当然我是说国产中符合标准的,合格的产品。

需要说明的是:
品牌座充基本没有智能,那一排五金接触片,除正负极外,其余的都是摆着让你看的(个别有一个热敏电阻的接触端有用)。但了解了原装座充智能的实现方法,对智能也不用太神秘太追求了。

(现在知道上面说的有些电池为什么要简化材料了吧?)

产品参数都有一定的离散性,有些品牌座充截止电压超过4.2V,但只要不超过4.25V,是允许有一定误差的,对电池有影响,但影响不大。(我测量过MOTOROLA原装的,最高的有4.23V)

(3)旅行充

我说的旅行充指的是放上一只电池,直接插入交流电源充电的那种,不要和直接插手机充电的火牛混淆。

旅行充的特点是使用方便,不必象座充那样准备两样东西。即使出问题也不会殃及手机。

旅行充简单地说就是把火牛和座充的电池充电部份合为一体。早期的旅行充电源部份只是简单的电容降压电路,容易出故障也不安全。目前的旅行充基本都是开关电源了,稳定性不错(当然也要看牌子)。我随机抽查测试过5只GD93旅行充,三天三夜一直插在交流电源上,电池充满了就再换上空的,连续长时间工作没一只出问题。当然,我这里没问题不代表你不会出问题,用户使用时应在充电完毕后把旅充从交流电拔下。

有些旅充上标有智能、CPU控制,那是厂家的事,不要相信。

按照选择座充的几点选择旅充,没有智能又有什么关系呢?国产的也很好用。当然我是说国产中符合标准的,合格的产品。

不想再多说了。充电器真是五花八门,我还没将仿原装的、不合格的包括进去。不同的产品,不同的牌子,不同的时期,情况不同,大家的概念不可一成不变。
特别是,市场上每月成百万只的不合格充电器实际上都到了消费者手中,这些充电器使用不当极易损坏电池,比如说充电14小时等等。

我的建议是:对于原装直充,充满加2小时;对于国产直充,不用;对于原装座充,随便(但也不能太随便);对于国产座充,充满加2小时,对于国产旅行充,充满加1小时。国产指符合标准的合格品。以上只是建议,可能并不十分准确,但总之没必要充电14小时,即使新电池,只要是锂电,也没有所谓?quot;激活"的概念,这另外说。
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