/news/9475d9384dd17c5ca7c34381df0e4e18 充电器充电的电池简称二次电池-资讯-深圳谷润充电器生产厂家 - 注册自动送198元彩金,68彩票送彩金

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充电器充电的电池简称二次电池

和普通的不可充电的电池相比,可充电的电池叫二次电池。二次电池能够反复运用,符合经济实用原则,这是其最大的优点,自然人们最青睐二次电池。二次电池的种类也不少,就目前市场上主流产品而言,有 4类电池:铅酸(LA)电池、镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池和锂离子(Liion )电池。

    1.便携式电子设备可选择的电源系统

    对便携式电子设备的生产商来说,给便携式电子设备选择合适的电池是很困难的。因为电池的选择会对设备的功能、型号、成本造成很大的影响。设计者面对着很多选择,从简单的铅酸电池到复杂的集成了电子安全、监视和充电控制电路的锂离子电池。

    1)镍镉电池。

    镍钢电池工作电压为12V左右,具有优良的大电流放电性能,可在一20600C温度范围内工作。与铅酸电池相反,这种电池过充电性能好,可靠性高。与镍镉电池类似的碱溶液二次电池还有铁镍、锌镍、锌银、镉银等,这类电池有充放电周期数多、工作寿命长、长期不用也不影响寿命、可靠耐用、容易使用等特点,因而有很大的产量和应用空间。总之这类电池最大的优点是稳定耐用,缺点是镉较贵和污染环境。

    镍镉电池种类繁多,有放置用的大型电池(多数20Ah以上)和小型密封型电池,6Ah以下的圆柱形和扁平形电池,05Ah以下的纽扣式电池。日本三洋公司生产402000mAh 95种型号的镍镉电池,按用途有 8类电池:一般用(标准型)、 高容量(E型)、 快速充电用(R型)、 高温用(H型)、耐热用(K型)、 长寿命(C型)、保护记忆用(S型)、 扁平形(KF型)、标准型典型电池为  AA型,容量为600mAh,尺寸为142mmX  505mm

质量为 23克,内阻为12mΩAAA型的容量为 250mAh,尺寸为105mm X 445mm,质量为11克,内阻24Ω。

    镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成,石墨不参加化学反应,其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化铝粉和氧化铁粉组成,氧化铁粉的作用是使氧化铝粉有较高的扩散性,防止结块,并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中,加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其他电池相比,镍锡电池的自放电率(电池不使用时失去电荷的速率)适中。镍镉电池在使用过程中,如果放电不完全就又充电,下次再放电时,就不能放出全部的电量。比如,放出80%电量后再充足电,该电池只能放出80%的电量,这就是所谓的记忆效应。当然,几次完整的放电/充电循环将使镍镉电池恢复正常工作。

由于镍镉电池的记忆效应,若未完全放电,应在充电前将每节电池放电至 1V以下。

2)镍氢电池。镍氢电池是生产了几年的新电池,又称为贮氢电池。20世纪70年代,荷兰飞利浦实验室在研究第一代稀土永磁合金时,试验了LaNi5的磁性能,竞意外地发现了 LaNi5有很好的贮氢性能,但深入研究发现对贮氢合金不适用,因为平衡压太高,循环寿命太短,进一步研究和改进发现,这些缺点都可克服,从而为发展贮氢电池奠定了技术基础。

两者有相同的工作电压12V,因此这两种电池有良好的互换性。

镍氢电池的能量高,为镍镉电池的182倍,铅酸电池的3倍,有良好的充放电性能,可随充随放,快充深放,无记忆效应,特别不含镉、铅、汞等有害物质,对环境无污染,被称为绿色电池。

镍氢电池与镍镉电池类似,多种多样。有圆柱形和扁平形的小电池,有纽扣式电池,也有方形蓄电池组作为动力电池用,容量为1020Ah。日本三洋公司生产的 AA型的容量为1100mAh,尺寸为  142mm X 500mm,质量为27克,AAA型的容量为  650mAh,尺寸为105 mm  X  4 45 mm,质量为  13 g

镍氢电池具有较好的低温放电特性,即使在一 200C环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的 85%以上。但是,镍氢电池在高温十 400C以上时,蓄电容量将下降5%~10%。这种由于自放电(温度越高,自放电率越大)而引起的容量损失是可逆的,几次充放电循环就能恢复到最大容量。

 镍镉电池与镍氢电池的充电过程非常相似,都要求恒流充电。两者的差别主要在快速充电的终止检测方法上,以防止电池过充电。充电器对电池进行恒流充电,同时检测电池的电压和其他参数。当电池电压缓慢上升达到一个峰值时,对镍氢电池快速充电终止,而镍镉电池则当电池电压第一次下降了一个ΔV时终止快速充电。为避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度 Tmin低于 100C时,应转入涓流充电方式。而电池温度一旦达到规定数值后,必须立即停止充电。

  3)锂离子电池。锂离子电池是继镍氢电池后发展的新一代的二次电池。锂位于元素周期表第一族主族第一位上,是金属中最轻的元素,有最负的标准电位,组成电池能量密度大和电压高。锂离子电池负极电位相对锂电极为正,正极电位为4OV,该电池的工作电压高,约36V。高电压是个优点,一个锂离子电池相当于三个镍氢电池或镍镉电池,但这也是个缺点,因为移动电话芯片电压趋向下降,这将挑战36V 锂离子电池的应用。锂离子电池有高的比能量,为镍氢电池的15倍和铅酸电池的3倍,放电曲线平稳,自放电率低,循环寿命长,与镍氢电池一样,无记忆效应和不污染环境,也为绿色电池。

    锂离子电池采用卷绕式结构,盖体设计强化了安全保护功能。对于这种高比能量电池,必须经过规范的安全检测评估。镍氢和镍镉电池的电解液是水溶液,而锂离子电池必需用非水性电解液,其电导率低得多,因此电极要大大减薄,有着不同的电极制备工艺,制备又薄又长的正负电极。锂离子电池同样有圆柱式、扁平式、纽扣式和动力用电池组。Sony公司的 14500电池容量为 500mAh,尺寸为 143mmX 504mm,质量为19g18650电池的容量为 1350mAh,尺寸为 184mmX 649mm,质量为 40g

    锂离子电池能够很好地配合电子产品小型化、袖珍化的发展方向,移动电话和笔记本电脑要求又薄又轻的二次电池,三洋超薄锂离子电池仅 4mm厚,质量比能量160Wh/kg(比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kgWh/L来表示。Wh是能量的单位,W是瓦、h是小时;kg是千克(重量单位)L是升(体积单位) ),体积比能量360WhL

    锂离子电池易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率通常不超过1C,最低放电电压为273OV,如再继续放电,则会损坏电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1C电流充电至41V时,充电器应立即转入恒压充电,充电电流逐渐减小,当电池充足电后,进人涓流充电过程。为避免过充电或过放电,锂离子电池不仅在内部设有安全机构,充电器也必须采取安全保护措施,以监测锂离子电池的充放电状态。

    2.二次电池性能比较

1l为铅酸、镍铜、镍氢、锂离子电池特性的比较。

 

    20世纪80年代的便携式电子设备,如数字无绳电话、随身听和电动剃须刀等,主要由镍镉电池供电。到了20世纪90年代后期,镍氢电池和锂离子电池逐渐进入市场并得以广泛应用。因为镍镉电池的价格比镍氢和锂离子电池便宜,所以镍镉电池在低端应用中十分普遍。镍镉电池可提供最高的放电电流,适合短时间内需要大功率输出的应用。

    镍镉电池的缺点是被所谓的记忆效应困扰(现在的镍镉电池很少考虑这个因素), 使电池容量降低。镍镉电池在未完全放电的情况下再充电,一些活性物质会累积并且开始结晶(在阳极有100μm的铜累积层), 但通过化学反应这层物质会自行消失(一块全新电池的阳极大约有l00μm厚度的镉结晶), 出现记忆效应会导致电池容量越来越小,端电压越来越低,使得电池到达最低可用端电压(关断点)的时间比预期的早很多,如图1-1所示。镍镉电池的另一个缺点是它的活性物质中含有有毒的镉。

    镍氢电池比镍镉电池环保,但是价格高。镍氢电池的放电电流相比镍镉电池略小,但也受惰性效应的影响。惰性效应是比镍镉电池记忆效应稍轻的一种现象。惰性效应是由于镍的结晶导致的。惰性效应和记忆效应一样,导致无法完全使用可充电电池的全部容量,但都可以通过使用带有放电功能的充电器来避免

    锂离子可充电电池价格最高,但具有高的能量密度,因而可以在给定尺寸下提供更优性能,更适合小尺寸、高集成度的便携式电子设备。

    随着新材料、新工艺的出现,更为先进耐用的可再充电电池也在不断出现。国外最新开发的固态聚合物(电解质)锂离子电池、锂金属电池不仅解决了漏液问题,而且电池的容量更大,体积更小,更为安全可靠,它们必将成为极有潜力的新一代电池产品。

    3.镍氢/镍镉电池与锂离子电池的差异

    1)质量方面。以每一个单元电池的电压来看,镍氢与镍镉都是12V,而锂离子电池却为36V,锂离子电池的电压是前两者的3倍。并且同型电池的质量锂离子电池与镍镉电池几乎相等,而镍氢电池却比较重。每一种电池本身质量不同,但锂离子电池因36V高电压,在输出同等电压的情况下使单个电池组合时数目可减少 1/3而使成型后的电池质量和体积减小。

    2)记忆效应。镍氢电池有惰性效应;镍镉电池有记忆效应,因此,定期的放电管理也是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下被动处理,甚至也有些在不正确的情况下进行放电(每次放电或者使用几次后进行放电都因电池生产厂的不同而有所差异), 这种繁琐的放电管理在使用镍镉/镍氢电池时是无法避免的。相对的锂离子电池因为完全没有记忆效应,在使用上非常方便简单,它完全不必考虑二次电池残余电压的多少,直接可进行充电,充电时间自然可以缩短。

    记忆效应是充电电池的一大天敌,一般认为是长期不正确的充电导致的,它可以使电池早衰。记忆效应可使电池无法有效地充电,出现一充就满、一用就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是确保电池“充足放光”的原则,也就是说在充电前最好将电池内残余电量放光,充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应,所以充电时要特别注意,镍氢电池理论上没有记忆效应,但最好也遵循“充足放光”的原则,这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应引起容量下降的电池,可以通过一次性充足再一次性放光的方法反复数次,大部分电池都可以得到修复。

    3)自放电率。镍镉电池的自放电率为15%~30%(月), 镍氢电池的自放电率为25%~35%(月),锂离子电池的自放电率为2%~5%(月),镍氢电池的自放电率最大,而锂离子电池的自放电率最低。

    4)充电方式。充电电池的充电方式一直是人们关心的焦点,正确、良好的充电方法可以确保电池的寿命。充电电池推荐的充电方法多种多样,不同的充电方法对充电器的电路结构有不同的要求,自然影响到成本。

    电池充电时间和充电电流的关系为电池容量除以充电电流得到充电时间,考虑充电过程中的损耗,所以将计算得到的充电时间应再乘以12这个常数。

    对于镍镉和镍氢电池最常用的简单充电方法是利用10C恒流充电,又被称为“慢充”,即按照电流容量数值的10%确定充电电流,如一节标称容量为500mAh的电池,它的建议充电电流为50mA;又如一节标称容量为1300mAh的电池,它的建议充电电流为13 0 mA。在此电流下连续充电1215  h就可以视为电池充满。虽然建议使用恒流充电但要求并不严格,电流允许有较大的波动,所以按照此方法制作的充电器结构非常简单,一般只需要一个将220V市电转换成适当低压的变压器、整流的二极管、限流电阻以及一些发光二极管等指示装置构成低成本的充电器,市面上绝大部分独立常规充电器都采用这种方式,只不过外形不同罢了。“慢充”虽然比较简单,但是给电池充一次电需要十多个小时,为此,电池厂商也允许在急需使用时用 3 0C的电流给电池充电 45 h,称之为“快充”,不过不建议常用,理论上对电池有轻微的损害。所以大部分常规充电器都有“快充”和“慢充”两挡,并建议用户使用“慢充”。

    在很多情况下用户需要对电池快速、有效、安全地充电,快速充电就需要使用较大的电流。电池在大电流充电过程中会出现极化效应,使电池发热,而且当大电流充电电池充满后,如果不及时停止,电池会迅速发热,严重时可导致电池烧毁和爆炸。所以要求快速充电器具备充满自停功能,同时也要解决极化效应,使充电高效安全。早期的快速充电器采用简单的定时充电,不过此类充电器针对性强,充电效果也不令人满意。现代的充电器采用专用的充电控制IC,以高频脉动电流给电池充电以解决极化效应,通过检测电池一出准确判断电池是否充满,并提供温度保护等保护措施和放电等附加功能。不过这种充电器结构比较复杂,成本也比较高,一般多用于移动电话、对讲机等高档通信设备及电器。

    6.各种电池的优缺点

    镍镉电池最为坚固耐用,每块镍钢电池的电压为12V,多数应用需要多个电池串联或并联才能满足要求。镍镉电池应用中的最大问题是它具有记忆效应,这一点严重限制了它在高端设备中的应用。

    考虑到回收和环保问题,镍镉电池在其他产品中的应用也较少。与其他电池相比,镍镉电池的耗电率、使用寿命都令人非常满意,而且在极差的温度条件下也能保持良好的性能。但是,尽管镍镉电池比较经济,但它的电量也较低,相同的镍镉电池工作时间大约只有镍氢电池的一半,因此多数镍镉电池都沉重且体积庞大。

    镍氢电池没有镍镉电池那么坚固耐用,在能量密度上也无法与锂离子电池竞争,但与镍镉电池相比它具有更佳的性价比。镍氢电池的电压与镍镉电池的相同,每块电池为12V。由于主要的电池应用市场如笔记本电脑及移动电话开始转为使用锂离子电池,镍氢电池的研发有所放缓,从理论上说,现有镍氢电池的电量也快接近其极限。因此,目前的研发主要是增强其耐用性,以便适用于电动工具和混合电动汽车等其他市场。

    从锂离子电池开始进入市场至今已十几年,由于日益成熟,锂离子电池也变得更为坚固耐用,价格也有所下降。单个锂离子电池的电压力37V,与三节镍镉电池或镍氢电池一样。能量密度高和自放电低是锂离子电池在市场上成功的法宝,目前这种电池还开发增加了许多新的性能。例如,锂离子电池厂商正在开发无需保护电路的产品,以便进一步降低其成本。

        121 镍镉电池的结构与特性

1899年,Waldmar Jungner在开口型镍镉电池中首先使用了镍极板,几乎与此同时,Thomas Edison发明了用于电动车的镍镉电池。但因当时这些碱性蓄电池的极板材料比其他蓄电池的村料贵得多,因此实际应用受到了极大的限制。Jungner的镍镉电池经过几次重要改进,性能明显改善。其中最重要的改进是在1932年,在镍电池中开始使用了活性物质。将活性物质放人多孔的镍极板中,然后再将镍极板装人金属壳内。镍镉电池发展史上另一个重要的里程碑是1947年密封型镍镉电池研制成功。在这种电池中,化学反应产生的各种气体不用排出,可以在电池内部化合。密封镍钢电池的研制成功,使镍钢电池的应用范围大大增加.

    1.镍镉电池的特性

镍镉(NiCd)电池要求恒流充电,充电器对电池进行恒流充电的同时检测电池的电压和其他参数。当电池电压第一次下降了一个-ΔU时终止快速充电。为避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度 Tmin低于 100C时,应转入涓流充电方式。而电池温度一旦达到规定数值后,必须立即停止充电。密封镍镉电池效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、质量轻、结构紧凑,并且不需要维护,因此在工业和消费产品中得到了广泛的应用。

(1)镍钢电池的基本特性。

 l)镍镉电池可重复500次以上的充放电,非常经济。

2)镍镉电池内阻小,可供大电流的放电,放电时电压的变化很小,作为直流电源是一种质量极佳的电池。

 3)因为镍镉电池采用完全密封式,因此不会有电解液漏出的现象,也完全不需要补充电解液。

 4)与其他种类电池相比,镍镉电池可耐过充电或过放电,操作简单方便。

5)镍镉电池在长时间的放置下也不会使性能劣化,当充分充完电后即可恢复原来的特性。

6)镍镉电池可使用在很广的温度范围内。

7)因为镍镉电池采用金属容器,因此具有机械的坚固性。

    (2)镍镉电池放电特性。

    l)镍镉电池放电电压依据其放电电流多少有些差异,大体上是12V左右。

    2)当放电达到放电终了的极限电压称之为“放电终止电压”,镍镉电池的放电终止电压为10 V/单格。

    3)镍镉电池使用温度范围为一20600C,在此范围内可进行放电。

    4)镍镉电池可为一30500C的温度范围之间保存,但如果是长时间放置的情形下,应在 350C以下保存。

    5)镍镉电池在充电状态或者是放电状态保存都可以,但是比较之下放电状态可使容量较早恢复并且较易被激活。

6)当镍镉电池在长时间放置后,使用前必须充分地充电后再使用。

 2.镍镉电池参数

镍镉电池的5个主要参数为:电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用Ah(安时)表示,1Ah就是能在1A的电流下放电1h。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量,而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定,因此,通常电池体积越大,容量越高。与电池容量相关的一个参数是电池的充电电流。电池的充电电流通常用充电速率C表示,C为电池的额定容量。例如,用2A电流对1Ah电池充电,充电速率就是2C;同样地,用2A电流对500mAh电池充电,充电速率就是 4C

电池刚出厂时,正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时,单元电池的输出电压略有变化,此外,电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定的关系。单元镍镉电池的标称电压约为12V(但一般认为是125V.

电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗,在充放电过程中,极板的电阻是不变的,但是离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

电池充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续充电, ,电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为17 518V

放电终止电压是指电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后电池继续放电,电池两端电压会迅速下降,形成深度放电,这样极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复,从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。镍镉电池的放电终止电压和放电速率的

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