充电电池和充电器基础知识

日益发达的便携式电子产品对可充电电池的容量和循环寿命等性能要求越来越高. 目前常用的有四大类, 镍镉电池和铅酸免维护电池这两类在上世纪六十年代已经普遍推广, 镍氢电池和锂离子电池(含锂聚合物电池)这两大类是近十年才大量商业化使用. 这四大类电池各有所长, 下表给出了一个基本参考, 不同电池生产厂家的具体数值可能有较大差别, 使用时咨询生产厂家, 表中的数据仅供比较参考使用.
比较项目 铅酸免维护电池(SLA) 镍镉电池(NICD) 镍氢电池(NIMH) 锂离子电池(LI-ION)
能量密度(Wh/kg) 30 40 60 100
循环寿命(次) 300 800 500 800
工作温度 (°C) 0~35 0~45 0~40 0~50
允许的最大充电电流(A) 0.25C 2C 1C 1C
充电方式 恒流后恒压 恒流 恒流 恒流后恒压
充电完成时间 (小时) C/A + 2 hours C/A + 20% C/A + 20% C/A × 2
表中C 为电池的标称容量, 单位为AH(安时), A 表示充电恒流电流
人们当然希望充电器能在短时间内充电完成, 但是由于电流大且控制难, 这在成本和技术方面都有一定程度的代价付出. 如果使用条件允许, 选用10~14 个小时左右充电结束的夜晚慢充型充电器会有价格低,体积小巧等优点.对于在线并连使用的SLA 电池, 充电方式建议选用2.27V/单元(对应12V 电池为13.7V)恒压充电, 这种方案既不会过充电池, 也有利于稳定设备电压. 对于要经常离线充放电使用SLA 电池的场合, 应该使用先0.2C 恒流, 再2.45V/单元恒压, 电池充好后即时进入2.27V/单元恒压的"三段式"充电方法. 整个充电时间约为8~10 小时.NICD 电池允许有一定电流的过充, 因此选用0.1C 电流的简单恒流源充电器可谓经济实惠.
NIMH 电池对过充电较为敏感, 即使用0.1C 的电流, 如果充电超过14 个小时或对已充好的电池再继续充几个小时, 对电池的寿命都有较大损害. 电池充好时应及时关断电流或将充电电流降低到0.02C 以下是非常重要的, 即对0.1C 的夜间慢充型NIMH 充电器也是如此.最大充电电流达到2C 左右的智能型快速充电器已经有很多成功案例. 这类充电器一般都必须在充电进程的各阶段随时监测电池电压、温度等参数，当电池快要充满电时自动降低充电电流倍率，这样可以将电池过充电引起的过温过压风险降到最低。NICD 和NIMH 两类电池的充电特性非常相似，只是NIMH 电池在充电过程中发热更多一些、峰值电压更不明显一些。这两类电池在快速充电时都采用下面几种条件之一来作为快充电终止的条件：包括电压上升斜率（dV/dt)、电压负增长
（-dV)和电池温度上升斜率（dT/dt)。还有三个条件是设置为异常保护条件下进行动作的：最高电池温度、最高电池电压和充电器内置定时器。要实现这些监测和智能切换动作，肯定要带来充电器成本上升，但是如果没有这些措施，电池将面临着容量下降、循环寿命降低甚至漏液爆炸等安全隐患。LI-ION 和SLA 电池的充电方式较为相似，都要求先恒流再恒压，区别是锂离子电池对充电恒压阶段的电压精度要求较高（<1%)。由于锂电池的安全性是一个致命的隐患，因此要求在充电结束控制和保护方面要特别小心。对不同的应用场合，锂离子电池包都会内置有相应的充放电保护电路, 以便更安全的保护电池不发生意外.