速充电的两种方式及电池充电过程的详细介绍

速充电的两种方式及电池充电过程的详细介绍

快速充电分为恒流充电和脉冲充电，恒流充电是先用恒定的电流对电池进行充电，脉冲充电是先用脉冲电流对电池进行充电。

详情如下：

充电流程及充电方法

电池充电过程通常可以分为预充电、快速充电、补充充电、涓流充电四个阶段。

对新电池进行充电时，如果长时间没有使用，一开始就使用快速充电会影响电池的寿命，因此应先用小电流对电池进行充电，以满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。

快充就是利用大电流快速恢复电池电量，快充速率一般在1C以上，快充时间由电池容量和充电速率决定。

为避免过度充电，有些充电器采用小电流充电。镍镉电池正常充电时，可以接受C/10或更低的充电率，因此充电时间在10小时以上。小电流充电时，电池内不会产生过多的气体，电池温度也不会过高。只要将电池连接到充电器上，低倍率恒流充电器就可以为电池提供非常小的涓流充电电流。当用小电流给电池充电时，电池内产生的热量可以自然消散。

涓流充电器的主要问题是充电速度太慢。例如，容量为 1Ah 的电池以 C/10 的充电速率充电需要 10 多个小时。此外，当电池反复以低充电速率充电时，会形成枝晶。大多数涓流充电器没有任何电压或温度反馈控制，因此无法保证在电池充满电后立即关闭充电器。

快速充电有两种：恒流充电和脉冲充电。恒流充电是用恒定电流对电池进行充电，而脉冲充电是先用脉冲电流对电池进行充电，然后对电池进行放电，如此循环。电池脉冲的幅度大，宽度窄，通常放电脉冲的幅度约为充电脉冲的3倍。放电脉冲的幅度虽然与电池容量有关，但与充电电流幅度的比值不变。脉冲充电时，充电电流波形如图1-4所示。

在充电过程中，镍镉电池中的氢氧化镍被还原为氢氧化镍，氢氧化镉被还原为镉。此过程中产生的气泡聚集在极板两侧，使极板的有效面积减小，极板的内阻增大。由于极板的有效面积减小，充满电所需的时间增加。

当施加放电脉冲时，气泡离开极板并与负极板上的氧气重新结合。这种去极化过程降低了电池的内部压力、温度和内阻。同时，充入电池的大部分电荷转化为化学能，而不是气体和热量。

充放电脉冲宽度的选择应保证极板恢复原有的晶体结构，从而消除记忆效应，采用放电去极化措施后，可提高充电效率，并可进行大电流快速充电。

当采用某些快速充电方式时，快充结束后电池并未充满，为了保证100%的电量充入，还应增加一个补充充电过程，补充充电速率一般不超过0.3C，在补充充电过程中，温度会继续上升，当温度超过规定限值时，充电器会进入涓流充电状态。

在贮存过程中，镍镉电池以C/30～C/50的放电率放电，其容量会下降。为了补偿电池因自放电而造成的电量损失，充电器在补充充电完成后，应自动转入涓流充电过程。涓流充电又称维护充电，根据电池的自放电特性，一般涓流充电率很低。只要将电池接上充电器，将充电器接上电源，在维护充电状态下，充电器就会以一定的充电率对电池进行补充充电，使电池始终处于充满状态。

快速充电终止控制方法

采用快速充电方式时，充电电流是常规充电电流的几十倍，充满电后，若不及时停止快速充电，电池的温度和内压会快速上升，内压过高时，密封的电池会打开排气孔，导致电解液逸出，造成电解液粘度增大，电池内阻增大，容量下降。

从镍镉电池的快速充电特性可以看出，在充满电后，电池电压开始下降，电池温度和内压迅速上升。 为了保证电池充满电而不至于过充，可以采用时序控制、电压控制、温度控制等多种方法。

（1）时序控制

当充电率为1.25C时，电池1小时即可充满；当充电率为2.5C时，30分钟即可充满。因此，根据电池的容量和充电电流，很容易确定所需的充电时间。这种控制方法最简单，但由于电池的初始充电状态不完全相同，有的电池充电不足，有的电池充电过快。因此，这种方法只在充电率小于0.3C时才允许使用。

（2）电压控制

在电压控制方法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制方法有：

最大电压（Vmax）

从充电特性曲线可以看出，当电池电压达到最大值时，电池已充满电。在充电过程中，当电池电压达到规定值时，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是充满电的电池的最大电压随环境温度和充电速率而变化，电池组中每个单体电池的最大充电电压也不同。因此，无法用这种方法准确判断电池是否充满电。

负电压增量（-ΔV）

由于电池电压负增量与电池组绝对电压无关，不受环境温度、充电速率等因素影响，因此可以准确判断电池是否充满电。这种控制方式的缺点是电池电压出现负增量后，电池已经过充，因此电池温度较高。另外镍氢电池充满电后，电池电压要过一段时间才会出现负增量，过充较为严重。因此这种控制方式主要适用于镍镉电池。

零电压增量（0ΔV）

在镍氢电池充电器中，为了避免因等待负电压增量时间过长而损坏电池，通常采用0ΔV控制方法。这种方法的缺点是在充满电之前，电池电压可能在一定时间内变化很小，导致快速充电过早停止。为此，目前大多数镍氢电池快速充电器都采用高灵敏度的-0ΔV检测，当电池电压稍微下降时，立即停止快速充电。

（3）温度控制

为了避免损坏电池，电池温度过低时不能启动快充，一旦电池温度升到规定值，必须立即停止快充。常见的温控方法有：

最高温度（Tmax）

在充电过程中，通常当电池温度达到45℃时，应立即停止快充。电池温度可用随电池安装的热敏电阻检测，此方法的缺点是热敏电阻响应时间较长，对温度检测存在一定的滞后性。同时，电池的最高工作温度与环境温度有关，当环境温度过低时，充满电后电池温度不会达到45℃。

温升（ΔT）

为了消除环境的影响，可以采用温升控制的方法，当电池温升达到规定值时，立即停止快速充电。为了实现温升控制，必须采用两个热敏电阻分别检测电池温度和环境温度。

温度变化率（ΔT/Δt）

NiMH、NiCd电池充满电后，电池温度迅速上升，其上升速率ΔT/Δt基本相同，当电池温度每分钟上升1℃时，应立即终止快速充电。这种充电控制方式近年来得到广泛应用。需要注意的是，由于热敏电阻的阻值与温度的关系是非线性的，为了提高检测精度，应减小热敏电阻的非线性影响。

最低温度（Tmin）

当电池温度低于10℃时，使用大电流快速充电会影响电池寿命，此时充电器应自动切换到涓流充电，待电池温度升至10℃后再切换到快速充电。

（4）综合治理

以上几种控制方式各有优缺点，为了保证任何情况下都能准确可靠地控制电池充电状态，目前的快速充电器通常采用时序控制、电压控制等方式。