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                     (一)充电电池的基本知识
        目前充电电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等。镍镉电池和铅酸电池由于存在重金属污染,逐渐被镍氢电池和锂离子电池取代,燃料电池受工艺技术及材料限制还处于初始起步阶段。因而锂离子电池和镍氢电池成为便携式设备电源和后备电源的首选。

一、充电电反应原理
作为电解液,镍氢电池充电时,
正极反应: Ni(OH)2 -e + OH- → NiOOH + H2O
负极反应:MHn + ne → M + n/2H2
放电时,
正极:NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH-
负极:M + n/2H2 → MHn + ne 。

锂离子电池充放时,正负极反应如下:
充电时:
正极反应:LiCoO2 -> Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
负极反应:C + xLi+ + xe- -> CLix
放电:
正极: xLi++Li1-xCoO2+xe-→LiCoO2
负极: LixC6→xLi++xe-+C
相对于镍氢电池,锂离子电池是锂离子在正极与负极之间移动,不会因为锂离子的脱出而使正极与负极材料改变,因而其具有无记忆效应,自放电小,循环寿命长等特点。

二、充电电池主要性能参数
电压:指电池正负极端的电位差,镍氢电池标称电压为1.2V,锂离子电池标称电压为3.7V。
容量:指电池在充满电后,空载状态下放电至截止电压时,所能释放出的电能量,以mAh或Ah表示。
内阻:指电池内部由于化学材料自动生产的阻抗和电池导电材料的电阻。一般在5-100mΩ。
自放电:电池在开路状态下,其带电量会自然衰减称为电池的自放电。镍氢电池自放电率为20-25%/月,锂电池的自放电率为5-10%/月。
循环寿命:充电电池每经一次充放电称为一次循环。在一定的充放电制度下,电池容量降至规定值(容量的60%-80%)之前,电池所经受的循环次数称为循环寿命。镍氢电池寿命为300-500次,锂离子电池寿命为500-800次。
比容量:单位体积/重量电池所包含的电能量称为体积比能量和重量比能量。

技术参数 氢镍电池 锂离子电池
工作电压(V) 1.2 3.7
重量比能量(Wh/Kg) 65 105-140
体积比能量(Wh/Kg) 200 300
充放电寿命(次) 300-500 500-800
自放电率(%/月) 25-30 5-10
有无记忆效应
有无污染

三、电池组装及保护:
(一)、电池可经过串联、并联组合达到使用设备的要求。
电池组装需综合考虑以下几方面因素:
1、电压:根据电池使用设备所需电压选择串联电池数量,镍氢电池为1.2V×n,锂离子电池为3.7V×n(V为电压单位,n为电池串联数量)。
2、容量:根据使用设备需要的工作电流及必须的工作时间选择电池型号及电池并联数量。
3、体积:根据使用设备允许的最大尽寸选择电池型号、电池数量及组装排列方式。
4、封装:根据电池使用环境,确定电池的封装方式。,一般有PVC封装、塑壳封装等。
(二)、充电电池一般具有防爆保护。镍氢电池和锂离子电池都有安全阀装置,锂离子电池还可以
通过防爆孔和PTC来实现。

电池在组装时需考虑安全因素,一般采用多重安全保护措施:
镍氢电池一般通过PTC及NTC进行限制电流及温度实现对电池组的保护功能。
锂离子电池一般通过加装保护电路,对电池过充、过放,短路保护,限制电流及温度实现对电池组的保护功能。

四、充电电池的充电方式
在对镍氢电池进行充电时,需要注意的是要防止对电池过度充电。过度充电会对电池性能造成严重影响,如电池循环寿命、电池容量等。大电流充电时,还要关注温度的控制。
镍氢电池充电方式主要有四种:
1、恒流充电并以时间进行控制,电池放完电后以恒流充电,充电时间为t=电池容量×110%/充电电流,这一方式存在电池过充的隐患,一般很少使用。
2、限压限流充电。电池先以限流方式充电,达到上限电压时恒压充电,使充电电流减小至某一值(80-100mA)时判定为充满电。
3、智能控制充电,包括负电压控制、温度控制等方式。其特点是采用恒流充电方式,且在电池充满后转为涓流充电状态,电路相对较复杂,采用芯片来控制其充电过程,使整个充电过程变得安全、高效.最为常用的是-△V控制 。电池以恒流充电,以镍氢电池充满电后电压下降的特性判定电池充满电。
4、以小于0.1C的涓流充电。这种方式相对简单,同时很小电流过充对电池性能影响不大,适用于不受充电时间限制的设备,如无绳电话等。
锂离子电池充电方式主要有三种:
1、限流恒压充电。以4.2V×n为上限电压对电池限流限压充电,以电池减小到某一数值(80-100mA)时判定为充满电。
2、恒流恒压充电。先以恒流充电,当电压达到4.2V×n时转为恒压充电,以电流减小到某一数值时判定为充满电。
3、涓流充电至4.2V×n。这种充电方式成本低,但充满电时只能达到80%-90%。

五、充电电池使用注意事项
1、按照电池说明书指引使用电池,存放在阴凉干燥地方;
2、使用专用充电器对电池充电;
3、不得短接电池正负极造成电池短路;
4、不可拆卸电池以免造成短路,泄漏;
5、不可将电池加热,不可将电池投入水中;
6、不可敲击、挤压、碰撞、针刺电池;
7、要放置在儿童拿不到的地方;

                     (二)充电器知识
        充电器主要由开关电源电路和充电控制电路两部分构成。
        镍氢电池充电方式主要是恒流、脉冲充电。充电控制方式主要有-△V控制、温度控制等。其过程是:首先以恒流方式充电,在电池充满后转为涓流充电。控制电路相对较为复杂,采用芯片来控制其充电过程,使整个充电过程变得安全、高效。-△V控制是以镍氢电池充满电后电压稍微下降的特性来判定电池的充电情况的,是在实际应用中最为常见的方式;温度控制是根据Ni-MH电池在充满电后温升变化较为明显来断定电池的充电情况。

        锂离子电池充电方式主要是恒流恒压充电方式。其充电过程分三个阶段,即预充电、恒流充电(快充)、恒压充电(充满)。电池充电,先恒流充电,当电池电压充到4.2×nV时,再以4.2×nV恒压充电,充电电流下降到约0.01~0.02C时,表示电池充满电。通常锂电池充电器含恒流充电和恒压充电两个过程。

        电池充电时对充电器的电性参数要求较高,为避免影响电池性能,应选用专用的电池充电器,不合格的充电器对电池性能有很大影响,甚至发生电池泄漏、爆炸等安全事故。


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