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電池专題

如何正确的使用股票配资世界,股票配资世界正确使用需要注意这些

来源:寶鄂實业    2019-02-28 09:51    點擊量:

 

 

電池記憶效應是指電池的可逆失效,即電池失效後可重新回複的性能。記憶效應是指電池長時間经受特定的工作循環後,自动保持这一特定的傾向。这個最早定義在鎳镉電池,鎳镉的袋式電池不存在記憶效應,燒結式電池有記憶效應。而現在的鎳金屬氫(俗稱鎳氫)電池不受这個記憶效應定義的約束。

 

因为現代鎳镉電池工藝的改進,上述的記憶效應已经大幅度的降低,而另外一種現象替換了这個定義,就是鎳基電池的“晶格化”,通常情況,鎳镉電池受这兩種效應的綜合影響,而鎳氫電池則隻受“晶格化”記憶效應的影響,而且影響較鎳镉電池的为小。

 

在實際應用中,消除記憶效應的方法有嚴格的規範和一個操作流程。操作不當會适得其反。

 

對于鎳镉電池,正常的維護是定期深放電:平均每使用一個月(或30次循環)進行一次深放電(放電到1.0V/每節,老外稱之为exercise),平常使用是盡量用光電池或用到關機等手段可以緩解記憶效應的形成,但这個不是exercise,因为儀器(如手機)是不會用到1.0V/每節才關機的,必須要专门的設備或線路来完成这項工作,幸好許多鎳氫電池的充電器都帶有这個功能。

 

對于長期沒有進行exercise的鎳镉電池,會因为記憶效應的累計,無法用exercise進行容量回複,这時則需要更深的放電(老外稱recondition),这是一種用很小的電流長時間對電池放電到0.4V每節的一個過程,需要专业的設備進行。

 

對于鎳氫電池,exercise進行的頻率大概每三個月一次即可有效的緩解記憶效應。因为鎳氫電池的循環壽命遠遠低于鎳镉電池,幾乎用不到recondition这個方法。

 

1:每次充電以前對電池放電是沒有必要,而且是有害的,因为電池的使用壽命無謂的減短了。

 

2:用一個電阻接電池的正負極進行放電是不可取的,電流沒法控制,容易過放到0V,甚至導致串聯電池組的電池極性反轉

 

 

 

電池需要激活,但这不是用户的要做的事。我參觀過锂離子電池的生産廠,锂離子電池在出廠以前要经過如下過程:

 

锂離子電池殼灌輸電解液---封口----化成,就是恒壓充電,然後放電,如此進行幾個循環,使電極充分浸潤電解液,充分活化,以容量达到要求为止,这個就是激活過程---分容,就是測試電池的容量選取不同性能(容量)的電池進行歸類,劃分電池的等級,進行容量匹配等。这樣出来的锂離子電池到用户手上已经是激活過的了。我們大家常用的鎳镉電池和鎳氫電池也是如此化成激活以後才出廠的。其中有些電池的激活過程需要電池處于開口狀态,激活以後再封口,这個工序也隻可能有電芯生産廠家来完成了。

 

这里存在一個問題,就是電池廠出廠的電池到用户手上,这個時間有時會很長,短則1個月,長則半年,这個時候,因为電池電極材料會鈍化,所以廠家建議初次使用的電池最好進行3~5次完全充放過程,以便消除電極材料的鈍化,达到最大容量。

 

在2001年頒布的三個關于鎳氫。鎳镉和锂離子電池的國标中,其初始容量的檢測均有明确規定,對電池可以進行5次深充深放,當有一次符合規定時,試验即可停止。这很好的解釋了我說的这個現象。

 

那麼稱之为“第二次激活”也是可以的,用户初次使用的“新”電池盡量進行幾次深充放循環。

 

然而據我的測試(針對锂離子電池),存儲期在1~3個月之内的锂離子電池,對它進行深充深放的循環處理,其容量提高現象幾乎不存在。(我在专題讨論區有關于電池激活的測試報告)

 

 

 

早期的手機鎳氫電池因为需要補充和涓流充電過程,要达到最完美的充飽狀态,可能需要5個小時左右,但是也是不需要12個小時的。而锂離子電池的恒流恒壓充電特性更是決定了它的深充電時間無需12個小時。

 

對于锂離子電池有人會問,既然恒壓階段锂離子電池的電流逐漸減小,是不是當電流小到無窮小的時候才是真正的深充。我曾经畫出恒壓階段電流減小對時間的曲線,對它進行多次曲線拟合,發現这個曲線可以用1/x的函數方式接近與零電流,實際測試時因为锂離子電池本身存在的自放電現象,这個零電流是永遠不可能到达的。

 

以600mAh的電池为例,設置截至電流为0.01C(即6mA),它的1C充電時間不超過150分鐘,那麼設置截至電流为0.001C(即0.6mA),它的充電時間可能为10小時---这個因为儀器精度的問題,已经無法精确獲得,但是從0.01C到0.001C獲的容量经計算僅为1.7mAh,以多用的7個多小時来換取这僅僅的千分之三不到的容量是沒有任何實際意義的。

 

何況,還有其它的充電方式,比如脈沖充電方式使锂離子電池来达到4.2V的限制電壓,它根本沒有截止最小電流判斷階段,一般150分鐘後它就是100%充飽了。許多手機都是用脈沖充電方式的。

 

有人曾经用手機顯示充飽後,再用座充進行充電来确認手機的充飽程度,这個測試方法欠嚴謹。

 

首先座充顯示綠燈不是檢測真正充飽與否的一個依據。

 

檢測锂離子電池充飽與否的唯一最終的方法就是測試在不充電(也不放電)狀态時的锂離子電池的電壓。

 

所謂恒壓階段電流減小其真正的目的就是逐漸減小在電池内阻上因充電電流而産生的附加電壓,當電流小到0.01C,比如6mA,这個電流乘與電池内阻(一般在200毫歐之内)僅为1mV,可以認为这時的電壓就是無電流狀态的電池電壓。

 

其次,手機的基準電壓不一定等于座充的基準電壓,手機認为充飽的電池到了座充上,座充卻不認为已经充飽,卻繼續進行充電。

 

 

 

有一種說法就是,充電電池使用得當,會在某一段循環範圍出現最佳的狀态,就是容量最大。这個要分情況,密封的鎳氫電池和鎳镉電池,如果使用得當(比如定期的維護,防止記憶效應的産生和累計),一般會在100~200個循環處达到其容量的最大值,比如出廠容量为1000mAh的鎳氫電池用了120次循環後,其容量有可能达到1100mAh.幾乎所有的日本鎳氫電池生産商的技術規格書中描述鎳基電池的循環特性的圖上我都能看到这樣的描述。

 

鎳基電池有最佳狀态,一般在100~200循環次數之間达到其最大容量

 

對于液态锂離子電池,卻根本不存在这樣一個循環容量的駝峰現象,從锂離子電池出廠到最終電池報廢为止,其容量的表現就是用一次少一次。我在對锂離子電池做循環性能的時候也從来沒有看到過有容量回升的迹象。

 

★锂離子電池沒有最佳狀态。

 

值得一提的是,锂離子電池更容易受環境溫度的變化而表現不同的性能,在25~40度的環境溫度會表現其最好性能,而低溫或高溫狀态,他的性能就大打折扣了。要使你的锂離子電池充分展現它的容量,一定要細心的注意使用環境,防止高低溫現象,比如手機放在汽車的前台上,中午的太陽直射很容易就可以使其超過60度,北方的用户的電池待機時間,同等網絡情況下,就沒有南方的用户長了。

 

 

 

“論手機電池的充電時間”一文中已经講了这個問題,對于恒流充電的鎳基電池,可以这麼說,而對應锂離子電池,这個是不完全正确的。

 

對于锂離子電池的充電,在一定電流範圍内(1.5C~0.5C),提高恒流恒壓充電方式的恒流電流值,并不能縮短充飽锂離子電池的時間。

 

 

 

这就要讨論手機的充電方式了,對于充電管理在手機里面的,設定同樣一個直充(實際應稱为電源适配器)的輸出如:5.3V600mA

 

1.充電管理是開關方式(高頻脈寬調整PWM方式),这個充電方式,手機并沒有完全利用直充的輸出能力,直充工作在恒壓段,輸出5.3V,此時真正的充電電流由手機的充電管理進行調整,而且肯定要小于600mA,一般在300~400mA.这個時候,大家看到的直充的輸出電流就不是手機的充電電流。比如motorola的許多直充其輸出为5.0V1A,真正對電池充電的也就用到了500mA足矣,因为手機的電池容量也不過580mAh.

 

这時直充上标的輸出電流就不等于實際充電電流

 

2.充電管理为脈沖方式的,这個充電方式,手機完全利用了直充的限流電流,就是用了600mA在電池上,这個時候,直充的輸出電流就是充電電流了。

 

當然以上的都是指在锂離子電池的恒流階段或鎳氫電池的充電而言。

 

如果手機沒有充電管理,把充電的管理移到了直充上,比如許多的CDMA手機都是如此,这個就沒什麼好說的,它的輸出寫的很明白,比如輸出:4.2V500mA,这個就是锂離子電池恒流恒壓兩個數據了

 

 

 

循環就是使用,我們是在使用電池,關心的是使用的時間,为了衡量充電電池的到底可以使用多長時間这樣一個性能,就規定了循環次數的定義。實際的用户使用千變萬化,因为條件不同的試验是沒有可比性的,要有比較就必須規範循環壽命的定義。

 

國标如是規定锂離子電池的循環壽命測試條件及要求:在25度室溫條件下以恒流恒壓方式1C的充電制度充電150分鐘,以恒流1C的放電制度放電到2.75V截止为一次循環。當有一次放電時間小于36分鐘時試验結束,循環次數必須大于300次。

 

解釋:

 

1.这個定義規定了循環壽命的測試是以深充深放方式進行的

 

2.規定了循環壽命按照这個模式執行後必須超過300次以後容量仍然有60%以上

 

實際上,不同的循環制度得到的循環次數是截然不同的,比如以上其它的條件不變,僅僅把4.2V的恒壓電壓改为4.1V的恒壓電壓對同一個型号的電池進行循環壽命測試,这樣这個電池就已经不是深充方式了,最後測試得到循環壽命次數可以提高近60%.那麼如果把截止電壓提高到3.9V進行測試,其循環次數應該可以增加數倍。

 

这個關于循環一次就少一次壽命的說法已经有許多友人進行了讨論,我隻是補充說明一下而已,大家在談論循環次數的時候不能忽視循環的條件,

 

抛開規則談論循環次數是沒有任何意義的,因为循環次數是檢測電池壽命的手段,而不是目的!

 

誤區:許多人喜歡把手機锂離子電池用到自动關機再充電。这個完全沒有必要。

 

實際上,用户不可能按照國标測試模式對電池進行使用,沒有一個手機會在2.75V才關機,而其放電模式也不是大電流恒流放電,而是GSM的脈沖放電和平時的小電流放電混合的方式。

 

有另外一種關于循環壽命的衡量方法,就是時間。有专家提出一般民用的锂離子電池的壽命是2~3年,結合實際的情況,比如以60%的容量为壽命的終止,加上锂離子電池的時效作用(參考第9點),用時間来表述循環壽命我認为更为合理。

 

鉛蓄電池的充電機理就類似與锂離子電池,是限流限壓方式,使用的方式就是淺充淺放,他的壽命表述就是時間,沒有次數,比如10年。

所以,對于锂離子電池,沒有必要用到關機再充電,锂離子電池本来就适合用随時充電的方式進行使用,这也是他針對鎳氫電池的最大优勢之一,請大家善加利用这個特性。

 

 

 

不同型号(特别是不同體積)的電池,他的容量越高,提供使用的時間越長。抛開體積和重量的因素,當然容量越高越好。

 

但是同樣的電池型号,标稱容量(比如600mAh)也相同,實際測的初始容量不同:比如一個为660mAh,另一個是605mAh,那麼660mAh的就比605mAh的好嗎。

 

實際情況可能是容量高的是因为電極材料中多了增加初始容量的東西,而減少了電極穩定用的東西,其結果就是循環使用幾十次以後,容量高的電池迅速容量衰竭,而容量低的電池卻依然堅挺。許多國内的電芯廠家往往以这個方式来獲得高容量的電池。而用户使用半年以後待機時間卻是差得一塌糊塗。

 

民用的那些AA鎳氫電池(就是五号電池),一般是1400mAh,卻也有标超高容量的(1600mAh),道理也是一樣。

 

提高容量的代价就是犧牲循環壽命,廠家不在電池材料的改性上下文章,是不可能真正“提高”電池容量的。

 

 

 

锂離子電池有一個特性非常不好,就是锂離子電池的時效(或稱老化,老外稱为aging),就是锂離子電池在存儲一段時間後,即使不進行循環使用,其部分容量也會永久的喪失,这是因为锂離子電池的正負極材料從一出廠就已经開始了它的衰竭曆程。不同的溫度和電池充飽狀态,其時效後果不同,以下數據摘自參考文獻[1],以容量的百分比形式列出:

 

存儲溫度--40%充電狀态-------100%充電狀态

 

0度-------98%(一年以後)-----94%(一年以後)

 

25度------96%(一年以後)-----80%(一年以後)

 

40度------85%(一年以後)-----65%(一年以後)

 

60度------75%(一年以後)-----60%(3個月以後)

 

由此可見,存儲溫度越高和電池充的越飽,其容量損失就越厲害。所以不推薦長期的保存锂離子電池,反之,廠家應該象對待腐爛的食物一樣将其回收。用户要密切留意電池的生産日期。

 

如果用户手中有閑置的電池,那麼专家推薦的存儲條件为充電水平是40%,存儲溫度低于15度或更低。

 

而鎳氫電池和鎳镉電池則幾乎不受这個時效作用,長期存儲的鎳基電池在進行幾個深充深放以後就可以恢複其原始容量了。

 

 

 

綠燈隻是一個指示,真正充飽與否在于座充對電池充電過程的控制和判斷。以4.2V的锂離子電池为例讨論这個問題。

 

首先是控制,控制對電池的輸出是先恒流,後恒壓(電流逐漸減小

 

然後是判斷,判斷電流小于某個電流值時,顯示綠燈,因为模數轉換的精度和本身的電壓精度是受限制的,座充通常設定这個電流值为50mA,此時顯示綠燈,那麼電池确實離它真正的充飽還有10%不到(據我所測,現在的锂離子電池以50mA截止充電的話,其容量已经可以达到95%,充電接受能力大大提高現在的問題是座充接下去在幹什麼:

 

1.如果接下去,座充徹底關斷充電回路,沒有繼續進行恒壓充電,那麼在座充上再放置10個小時也是于事無補。許多的座充設計方案就是这樣的,比如TI(德州儀器)的BQ2057系列充電芯片,linear(淩特)的LT1800系列都是如此。

 

2.座充繼續進行恒壓充電,并嚴格控制電壓不超出4.2V,無疑再多充一個小時,确實可以增加電池的容量。

 

3.座充繼續充電,但是它的電流控制很糟糕,不小心就使電池超出了4.2V,而且繼續往上跑。因为锂離子電池不能吸收任何過充。持續對電池施加電流,就會造成这個後果,那麼過充就發生了。这個當然是設計不好的座充,比如常見的即可充锂離子電池又可充鎳氫電池的十幾塊錢的“蛋充”。

 

4.還有一種充電管理芯片,比如maxim(美信)的1679芯片,與許多手機充電管理相同,它采用脈沖方式充電,它在顯示綠燈的時候,就是锂離子電池已经100%充飽了,當然再放置一個小時,它也不會過充,顯然又是在做無用功。

 

用户實際上不知道綠燈亮了以後座充到底在幹什麼,A或B或D,都有可能,座充說明書不寫这些東西的。排除不合格的座充,我們其實應該相信合格和原裝的座充,綠燈亮着的話,为什麼不取下来用呢?这對用户實際沒有什麼太大的影響,充的不飽又不影響循環壽命(如上第7點所述),95%的容量也是可以接受的。除非有愛好者能深入分析自己的座充到底是以那種方式的在充電,否則我們不妨------★亮綠燈後就取下来用。

 

 

 

 

 

 

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