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關于電池和充電與大家談 ________________________________________ 我發(fā)現(xiàn)提出電池與充電的朋友很多,所以特寫此文章與大家交流.不論是數(shù)碼相機,還是收音機,隨身聽,電池是所有設備的動力,電池性能的好壞決定了設備的使用性能.電池的結構不同,規(guī)格不同,容量的差別很大,就是相同規(guī)格的電池,由于型號不同,生產廠家不同,容量也不一樣.拿我們最常用的AA尺寸電池(5號電池)來說,早期的鎳鎘電池容量是500mAh,新式的鎳鎘電池容量是850mAh,而同樣尺寸的鎳氫電池,容量更大,在1100mAh~2100mAh之間.電池的容量是以mAh來計算的,你可以理解為在多少mA(毫安)電流下放電1小時.例如,1000mAh就是指電池可以在1000mA電流下放電1小時這么大容量.這樣,假如負載(用電器)的耗電為100mA,該電池就可以放電10小時,假如負載電流為200mA,該電池可以使用5小時,依此類推.電池的原理是化學反應產生電能,兩種金屬材料在電解液的作用下產生電流,這我們在中學的物理課中都學到過.不同種類電池的端電壓也不相同,干電池為1.5V,氧化銀電池為1.55V,銀汞電池為1.3V,鎳鎘電池和鎳氫電池為1.2V,鉛酸電池為2V,一次性鋰電池為3V,二次鋰電池為3.6V.用電器的供電電壓不同,使用的電池種類與節(jié)數(shù)也不同.例如,早期的愛娃隨身聽使用口香糖型鉛酸電池,工作電壓設計在2V,新式的索尼隨身聽使用鎳鎘口香糖電池,端電壓為1.2V,現(xiàn)代的數(shù)碼相機多使用鋰電池,工作電壓高達7.6V,需要兩節(jié)二次鋰電池串聯(lián)供電(雖然是單體,但在外殼內封裝了兩節(jié)二次鋰電池),而多數(shù)現(xiàn)代收音機都設計能夠使用干電池或鎳鎘、氫鎳電池,由2~4節(jié)電池串聯(lián)供電,供電電壓可以在一定的范圍內改變.一次性的電池不能再充電,象干電池,堿性干電池,氧化銀電池,銀汞電池,一次鋰電池等.它們的電量用盡以后就只能報廢了.有許多人試圖給這類電池充電,設計了各種充電器,寫了大量的文章,我也一樣,曾經為此做出了很大的努力,對各種電池做過上百次試驗,結果收效甚微,充電以后,電池的容量連新的一半也達不到,再放電很快就又枯竭了!但是今天仍然有不少文章,提出這種帶有欺騙性的理論與充電產品.隨著科技的發(fā)展,電池的技術也不斷進步,雖然這種進步比起其他電器來顯得過于緩慢.鎳鎘二次電池已經有很長的歷史了,其品種規(guī)格比較齊全,但多數(shù)為圓筒形,大小不一,容量不同.這種電池的放電性能比干電池好,內阻比較低,允許大電流放電,但記憶性較強,正常壽命在400次到1000次之間.近幾年大量開發(fā)的鎳氫電池具有更大的容量,更低的內阻,更適合大電流放電,記憶特性比鎳鎘小多了,壽命多在1000次充放電,價格也不貴多少.所以,鎳氫取代鎳鎘已經是必然趨勢,目前已經很少能夠看到鎳鎘電池有售了.二次鋰電池是最新一代高級電池,它具有端電壓高,容量最高,內阻特低,性能穩(wěn)定,壽命長的特點(充放電1000次以上).但是它的售價比較高,主要用在高級電器上,如筆記本電腦,手機,掌上電腦,數(shù)碼相機等等.電池的記憶特性是這樣的,假如你經常讓電池放電到還剩一半容量就給它充電,那么日久它的實際容量就會減小.沒有記憶特性的電池可以隨時為它補充電,它的容量也不會有任何變化.目前只有鋰電池號稱是沒有記憶特性的電池,但是,實際上任何化學電池都具有一定的記憶特性,如果你經常在它還沒有完全放電的情況下為它補充電,那么它的容量就會越來越小,壽命會大大縮短.經過多次試驗,我發(fā)現(xiàn)鋰電池也一樣有記憶特性,只是相比鎳鎘電池輕了一些.我們在使用電池時,唯一正確的方法是把電池徹底耗空以后再給它充電,并且采用合理的充電方法為它充電,見下文.二次電池的充滿電端電壓不同,鎳鎘與鎳氫的標稱電壓是1.2V,充滿電以后在1.3~1.5V之間,隨著放電很快回落到1.2V,放空電以后端電壓在1V!這一點很重要,絕對不能把單節(jié)電池的電壓放到1V以下,否則有損于電池壽命.深度的過放電往往會一次性徹底損壞電池,使電池內部短路!因此,大多數(shù)高級電器都具備自動關機控制電路,在電池的端電壓降到1V時自動關閉電源,并且不讓你再開機,保護電池不被損壞.同理,二次鋰電池的端電壓為3.6V,充滿電在4V左右,放完電在3V,也不應該讓電池放到3V以下.干電池,鎳氫電池和鋰電池的放電特性不同,干電池的內阻較大,如果負載較重,電池的端電壓會下降較多,而鎳氫和鋰的內阻就小多了,在大電流放電狀態(tài),還能夠保持較接近標稱的端電壓.早期的閃光燈都是按照干電池的這種特性而設計的,一但換上了鎳氫電池,工作電流會太大,把電路給燒掉了,所以,我們應該注意閱讀說明書,看某種電器是否允許使用充電池.另外,干電池的放電特性比較差,其端電壓會隨著放電的進程逐漸下落,比如,新電池電壓為1.6V,放到1/10壽命變?yōu)?.49V,放到3/10壽命下降為1.4V,放到5/10壽命,在下降為1.3V,放到9/10壽命,端電壓就變?yōu)?.15V了.整個過程的電壓變化很大.而氫鎳和鋰的特性就好得多了,整個放電過程端電壓始終平穩(wěn),直到快要放電到一次壽命的終結時,電壓才迅速下降,很快降到1V,結束周期.有很多朋友詢問關于電池充電的問題,我想在這里盡量幫助大家解答.二次電池的充電是采用直流電給電池“灌入”電能,其原理就是所謂的化學逆反應.但是,放電的能量與充電的能量不會一至,也就是說,充電的能量應該比放電的能量大1.4倍!!!舉個例子說,1000mAh的電池應該用1400mAh的電量為它充電一小時才能充滿,這并不違背能量守恒定理,因為充電時有約40%的能量變?yōu)闊崃可l(fā)了.標準的充電方法是使用0.1倍容量數(shù)的電流給電池充14小時.比如,還是1000mAh的電池,我用100mA電流給它充14個小時.這種充電方法可以保證電池被充滿,而且電池溫升不會太大(感覺不出來),充好的電池容量充足,電池壽命也達到最長.但是,這種充電的時間太長了,在使用上很不方便,所以,新式的充電器都設計了快速充電的電路,采用較大的電流給電池充電,比如用700mA電流給1000mAh的電池充2小時,這樣,使用起來快速方便,但充電時電池會很熱,不僅充得不夠飽滿,而且電池的壽命也會受到較大的影響!(比如本來1000次的壽命變成了400次甚至更短).現(xiàn)在更有1小時,幾十分鐘的快速充電器,對電池的壽命危害較大.所以,很多朋友以為快速充電器是好東西,大錯而特錯了!采用0.2~0.3倍容量數(shù)的電流給電池充電,效果還是較好的,與標準充電比較接近,時間卻縮短了一半或以上.電池充電的電流比較有講究,如果采用穩(wěn)定的直流電流給電池充電,電極的極化作用很強,很快使電極上覆蓋一層化學物質,隔絕了其與電解液的接觸,使充電效率下降,經過多次充電以后,電極越來越失效,最后電池被充死.有關技術人員在這方面也作過多次試驗,采用半波整流的直流電給電池充電,電池的內耗比較大,產生的熱量較大,也會影響充電的質量,縮短電池的壽命.比較好的充電波形是一定頻率的方波,這種波形可以抑制極化現(xiàn)象,保持電池的活力,充滿標稱容量,達到標稱壽命.但是,方波的占空比要有一個設計,使停充時間盡量短,避免充電的效率下降太多,時間延長.最理想的充電方式是在約10年前由美國的一家公司開發(fā)的,它采用9/10周期的恒流充電,1/10周期的停止充電,并在這個停止期間插入了一個電流很大的(2.5倍容量數(shù)),時間極短的(3ms)放電刺脈沖,這個脈沖把極化作用給徹底破壞了,使電極保持新鮮,充電容量充足,甚至能使舊電池恢復一些容量!電池的充電控制有各種方法.第一種是端電壓控制法,也就是說,當把電池的端電壓充到一定數(shù)值時就自動切斷電源,或轉為涓流充電(一般用較大的電流快充,接近達到容量時轉為小電流慢充,以改進充電效果,叫涓流).這種方法不太科學,因為每種規(guī)格的電池充滿電以后的端電壓不盡相同,所以可能會造成過充或欠充.第二種是定時法,也就是達到定時值以后自動轉換狀態(tài).如果你每次都將電池用到100%容量再給它充電,這種方法就可以充得很飽滿,而且不會過充,在電路上也比較容易實現(xiàn).第三種是熱量檢測法,如果充電電流設計得比較大,那么電池在充電的末期會開始發(fā)熱,尤其是過了標準充電周期以后的發(fā)熱會急劇增加,這時安裝在電池邊上的感溫元件就會發(fā)出信號,控制電路轉換狀態(tài).該法的缺點是,必須采用較大的充電電流才能產生明顯的發(fā)熱,否則控制不夠靈敏,還會受到環(huán)境溫度的影響.尤其是,充電發(fā)熱過高,很傷電池壽命.在電池發(fā)熱時,實際上就已經處于過充電狀態(tài)了!還有一種比較先進的方法,負增量法.當電池充電到達滿容量時,其端電壓會由逐步增高忽然變?yōu)橄陆狄粋€微小值,這是二次電池的特性,在大電流充電時,這各負增量就變得比較明顯.采用專門設計的電路來捕捉這個負增量,轉而控制充電器是一個非常高級的設計.其優(yōu)點是不會造成電池過充或欠充,也不必講究電池必須用完才能充電,而可以隨時補充電.但是,其一,負增量僅在大電流充電時才比較明顯,如我們所知,大電流不是理想的充電方式.其二,每種電池的負增量不同,對它的檢測也不太穩(wěn)定,如果檢測不到,電池就會被過充,使之損壞或爆炸,因此這種充電器一般還被同時輔以熱檢測雙重控制.其三,檢測負增量必須針對單節(jié)電池,如果針對串聯(lián)電池,由于達到負增量的時間不同,正/負增量會相互抵消,使檢測失敗.因此,必須把電池從用電器中取出,分別裝入特殊設計的電池夾才能充電,給使用帶來了不便.其四,負增量檢測電路復雜,專門的芯片也比較少見,價格昂貴,使充電器的成本增加.目前只有極少數(shù)的高級充電器采用這種結構.最后說說目前的充電器產品.非常遺憾,現(xiàn)在的產品充電器有50%以上都是不合格的(我的觀點)!!!許多很高級的電器,象隨身聽,手機,它們所佩戴的充電器沒有任何自動停止充電控制,更談不上波形變換電路了!我研究過大量這樣的充電器,內部多是一個變壓器,一個電阻,加一個二極管,也就是我上面所說的半波整流充電,充電多少時間你自己掌握(對了,我忘記說明了,對于小電流充電,過充造成的損害遠遠比大電流充電過充的損害要輕),但誰能準確地記得充電時間呢?這樣,過充欠充是家常便飯,正常充電的效果也不好.許多手機充電器看似電路復雜,實際上那都是開關電源變換電路,根本沒有自動停充控制,效果也一樣.設計比較理想的充電器往往都是市上單獨出售的比較貴價的產品,都帶有某種控制電路.為此,我歷經多年設計與試驗,最后成功的作品發(fā)表在“電子制作”雜志上,我自認為它的優(yōu)點遠遠多余其他大多數(shù)產品.很多朋友都問關于充電的問題,看了我的文章你就清楚了,充電時間的計算很簡單,用萬用表的直流電流檔測一下充電電流,然后用電池的容量乘以1.4倍,再除這個電流就是充電時間.但是半波整流電流值的測算比較麻煩,不能用電表直接測量,需要用試波器,還得經過計算才行,但如果你的充電器是半波的,也沒有停充控制,我勸你還是把它扔了吧,再買一個高級的產品,別把昂貴的電池(鋰電池)給充壞了.