电池充电，正确的方法！

NEC电池是一种电化学装置，它在化学键结结构中储存能量，并以电池的化学放电反应产生的电子形式释放能量。 电池充电提供电子以重新形成存储在电池活性材料中的化学键。 这是所有化学物质的真正电池充电，包括本博客中提到的那些：铅酸、镍金属氢化物、镍镉和锂离子变体。 在本博客中，我们将讨论 12 伏电池的最佳充电程序。
作为一般规则，有三种主要的收费类型：
• 恒压 (CV)
• 恒流 (CC)
• 恒定功率（锥形充电）

所有充电配置文件和所有充电设备都使用这些基本方法的变体，通常是组合使用。
电池充电速率取决于每秒流入电池的电子数量（电流）。 电流的速度与光速一样是固定的，因此要增加充电速率，必须增加电流密度或每秒流过的安培数。 如果将电子推入 AM 的力增加，即电压，则电子流增加。 更高的电压 = 更多的安培。

不同电池类型的电压和内阻取决于其化学性质，充电电压也会相应变化。 在这篇博客中，我们将考虑铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池和镍金属氢化物电池的化学成分。

从铅酸开始，我们可以描述储存和释放电子的化学反应，称为“双硫酸盐理论”

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

在此反应中，电解液，即稀硫酸，在放电过程中与正极板和负极板发生反应时，会转化为水。 负极板在放出电子形成硫酸铅时被氧化，正极板从氧化铅还原为硫酸铅，因为它接受电子将二氧化铅转化为硫酸铅。 在此期间，水的产生导致酸性电解质的稀释和极板之间电位差的减小。 这会产生较低的电解液 SG 和较低的电池电压。 在电池充电时，情况正好相反。 因此，电池电压和电解液 SG 这两个参数是铅酸电池充电状态的测量值。

对 12 伏铅酸电池进行充电时，充满电时需要高于电池剩余电压的电压，对于新的富液式电池通常在 12.60 到 12:84 之间，对于新的 VRLA 电池通常在 12:84 到 13.08 之间。 铅酸电池有四种基本变体：平板浸没式、管式浸没式和 VRLA 版本，它们是 AGM（平板）和 GEL（主要是管状）。 表 1 给出了电池类型、它们的应用和相关的充电方法。

电池类型	普通电池充电方式
铅酸蓄电池平板浸液式充电方法	恒流锥形充电 恒流/恒压锥形充电 恒压锥形充电
铅酸蓄电池管状极板满液式充电方法	恒流锥形充电 恒流/恒压锥形充电 恒压锥形充电
铅酸阀控式铅酸蓄电池（AGM SMF）充电方法	恒流/恒压充电 恒压充电 恒流/恒压脉冲充电
铅酸管状凝胶阀控式铅酸蓄电池充电方法	恒流/恒压充电 恒压充电 恒流/恒压脉冲充电
镍镉电池充电方法	恒流慢，定时器无控制 具有 dT/dT 截止的恒定电流 -dV/dT 截止的恒定电流
锂离子电池充电方法	具有最终电流截止的恒定电流 恒流电压截止 具有最终电流截止的恒定电压

表 1 – 不同电池类型以及不同化学类型电池的相关电池充电方法

• CC = 恒流
• CV = 恒压
• dT/dt = 温度斜率
• -dV/dt – 负电压斜率

列出的收费方式，描述如下：

• 恒流充电
  在这种类型的充电中，电压随着电池充电完成而上升。 电流被限制在将电池电压和温度保持在低水平的值。 一般情况下，有一个定时器来关闭充电器，以防止过度放气和失水，减少正极板腐蚀。 1a. 这种充电方法不适用于密封或低维护的富液式铅酸电池。

• 恒压、限流锥形充电
  通过电压限制充电，气体逸出的问题被最小化甚至根除。 在图 1b 中，我们看到电压达到峰值，对于 12 伏电池，通常在 13.38 和 14.70 伏之间。 很明显，一旦达到最大充电电压，电流就会迅速下降。 由于后期充电阶段的电流水平较低，这种类型的充电通常需要很长时间。 一般用于充电时间长的UPS或备用电源。

• 锥形电荷
  这是充电器的最简单形式，通常基于变压器，可提供恒定的功率输出，即瓦特。 电流随着电压的增加而下降，从而保持对电池的恒定功率输入。 图 1c 显示了一条典型曲线，其中电流随着电池电压的增加而衰减。 反电动势也随着充电状态 SOC 增加，这意味着电流将下降到非常低的水平，因为电池无法吸收更多电力。

• 这种类型的充电器不适用于铅酸密封免维护电池，因为产生的气体量取决于电池电压。 在这种情况下，充电电压可能高达 16 或 17 伏，这会导致严重的气体逸出并打开泄压阀，随后失水。

• 两阶段限流限压充电
  另一种流行的充电曲线如图 1 所示。 1天。 这样，允许电压在体相中上升，直到达到放气电压。 然后电流下降到一个较低的固定水平，以降低逐渐上升到放气水平的电压。 通常，有一个与初始体相充电时间相关的截止时间。 这可以根据电池的充电状态实现固定的充气时间和固定的安培小时输入

• 具有均衡恒流脉冲的电压限制大容量充电。
  无花果。 图2是常见脉冲充电方法的表示。 这对 VRLA 电池用户来说通常是有益的，因为他们的电池充满电的时间有限。 在这种方法中，有大量电荷被施加的 CC 和 CV 阶段。

• 脉冲通常是 10 到 20 秒的电流突发，带有电压限制，然后是长达几分钟的暂停。 由于电压滞后于持续时间有限的电流，因此它在消失之前不会达到峰值水平。 通过这种方式，气体逸出受到限制，电流脉冲之间的停顿时间允许气体重新组合成水，从而防止变干。

迄今为止的评论都是针对铅酸电池的。 锂离子、镍镉和镍氢电池的充电需要与铅酸电池不同的电池充电算法。 从锂离子电池开始，需要立即注意的是，不同的锂离子阴极有不同的充电电压。 锂离子 -FePO4 在 3 下运行。 每个电池为 2V，而 Li-Co 为每个电池 4.3v。 这意味着您不能为这两种电池使用相同的充电器。

但是，所有类型的锂离子电池的一般原理都相同，与铅酸电池有很大不同。 由于在充电和放电过程中没有化学反应，因此在充电器输出或 BMS（电池管理系统）限制的非常高的速率下，传输速度很快。 通常，在具有电压截止的恒定电流下，0.1C 到 1C 的比率是常见的。 图 3 显示了锂离子电池的典型充电曲线。 当最小电流达到 1C 安培值的 2-3% 左右时，也可以结束充电期。

NiMH 和 NiCd 还具有不同的充电模式和对充电的非常不同的响应，无论是对其他化学物质还是彼此之间。 图 4 显示了两种 Ni-Cad 的典型充电模式 (a) 和镍氢 (b)。 尽管两种镍变体具有相同的静止电压和工作电压，但充电电压可能会有很大差异。 两种类型的充电器都不能依赖电压作为充电终止机制。 为此，充电器简单地使用具有基于斜率的时间、电压斜率和温度变化的终止的一级或二级恒流充电器。 对充电特性的检查表明，当充电达到 100% 完成时，会同时出现温度上升和电压响应下降。

这些特性用于确定充电结束。 由于绝对电压随温度变化并且对于两种类型的电池都是不同的。 负电压斜率 (-dV/dt) 的开始或温度斜率的快速增加 (dT/dt) 是最常用的特性。 如果使用计时方法，那么电流应该非常低以防止过度充电和氧气损失。 在某些情况下，尤其是电池或电池不平衡时，最好在使用定时器方法充电之前将每个电池放电至 0.9-1.0 V。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-05-12 10:20:11 整理发布。
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