相信对电池感兴趣的朋友们一定看过火眼的这篇最详细电池选购之不完全手册,里面非常详细的罗列了目前世面上所能看到的民用电池类型以及选购的要素,不过当时由于时间的关系,火眼并没有完成与我们切身相关的镍氢电池的部分。
镍氢电池为什么没有记忆效应
本文作者:火眼
相信对电池感兴趣的朋友们一定看过火眼的这篇最详细电池选购之不完全手册,里面非常详细的罗列了目前世面上所能看到的民用电池类型以及选购的要素,不过当时由于时间的关系,火眼并没有完成与我们切身相关的镍氢电池的部分。而火眼没过几天就将这部分加了进来,希望本文能对你购买镍氢电池有所帮助。感谢火眼!
写完镍镉电池后突然发现一个很重要的问题,镍镉电池和镍氢电池很多的地方都是一样的。。。。。写了镍镉电池,镍氢电池就没法写了。今天补写镍氢电池的相对应部分。然后把镍镉/镍氢电池统一归为一类来写。
民用的镍氢电池属于低压镍-氢电池,以Ni(OH)2作为正极,以贮氢合金作为负极,氢氧化钾碱性水溶液为电解液。镍氢电池的外形规格指标和镍镉电池大体一致。在性能指标上比较来看也有不少一样的地方,但是镍氢电池有自己一些独特的优势,最主要的体现是镍氢电池的比能量密度高(就是同等体积的电池,镍氢电池比镍镉电池容量更大),理论上,镍氢电池是镍镉电池能量密度的1.5-2倍多;还有镍氢电池环保性好,镍氢电池不使用金属“镉”,也不采用有毒物质,不会污染环境;还有镍氢电池基本上消除了“记忆效应”。
记忆效应-是针对镍镉电池而言的,由于传统工艺中负极为烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点,尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中,任何一次不完全的放电都将加深这一效应,使电池的容量变得更低。
这段有关记忆效应的解释来自我国著名的电池企业BYD-比亚迪。比亚迪还提到了消除记忆效应的方法,有两种方法,一是采用小电流深度放电(如用0.1C放至0V)一是采用大电流充放电(如1C)几次。并且对比亚迪本厂产的BYD镍镉电池来说,由于负极的工艺全部为拉浆式,镉晶粒不会聚集,不存在记忆效应的问题。我认为国内厂家如果也用了“拉浆式负极工艺”,那么生产出来的镍镉电池,基本上也就消除了记忆效应。
镍氢电池充电时,正极发生反应如下:
Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O
负极反应:MHn + ne → M + n/2H2
放电时,正极:NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH-
负极:M + n/2H2 → MHn + ne
镍氢电池充电的原理
镍氢电池设计时,容量实际上是由正极限制的,负极容量设计过剩,以保证过充电时候,正极产生的氧气可以到负极反应,电池的内压不会有明显升高。(我依稀记得以前听说过日本国SANYO三洋公司的AA镍氢电池正极的圆方头设计是其正极工艺特有的外观特点,不知道是不是有这么回事)
电池的额定容量是指在一定放电条件下,电池放电至截止电压时放出的电量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20+_ 5摄氏度环境下,以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,镍镉/镍氢电池的容量实际上是,电池密封完成后,通过活化,然后化成好的电池通过容量分选检测,挑选出来的。打个比方就是说,设计制造一批次10万只AA-1800镍氢电池,在电池成品完成后,通过电池化成,并不是所有的电池都是符合1800mAh标准的,通过的就作为A级品电池,可以正常出厂销售,然后也会有B,C级品,就是容量达不到设计要求的电池,这部分电池容量虽然不达标,但是也不是差很多,有不少现在销售的所谓“工包电池”就是搞了这个名堂。
电池外面的喷码可以随便打,打上AA-2300mAh,AA-2700mAh也没有人管,但是建议在使用这种电池的时候一定要注意到电池之间的一致性,就是大约不能相差得太多,尤其是多支电池一起使用的时候,像是数码相机里面一次用四支AA电池,把这四支电池当作一电池组来看待,这组电池的使用效果好坏就取决于这一组电池中性能最差的那一支,假如你不幸买了四支“标上AA-2200mAh的工包电池”其中有三支都是1800左右的容量,而唯独有一支是1300左右容量的,那么这一组电池要是一起使用的话,能放出的有效容量也就是1300左右。希望这一点大家注意一下。
小型密封镍镉/镍氢电池的充电规则与详细步骤,网上可查到的资料很多,我不多画蛇添足。我说点实际的东西,近两年来,由于镍氢电池的高度普及,个人用户购买充电电池的时候大多数都选择了镍氢电池,镉镍电池的销售量在减少,而且是越减越少。个人用户就算是购买了镍镉充电电池,绝大多数也就是AA,AAA两种,实际上买了这两种电池的用户选购的充电器绝大多数也就是普通的铁芯充电器-很多都是5,6元钱的最普通的两槽的那一种。
充电器的好坏如何判断
这种充电器其实也没啥坏处,它的单槽充电电流大约为70mAh,两个槽一起充电大约就45mAh上下,我估计这种充电器原本的设计充电对象就是镍镉电池,因为镍镉电池本身比能量上受限的原因,一般的AA电池容量最高1000mAh左右,实际上销售的民用镍镉电池是700mAh的最多,对这种700mAh电池充电,按照小型密封镉镍电池标准的充电原则,以0.1C充电14-16小时最为适宜,这种5,6元钱充电器如果妥善使用的话还能维持镍镉充电电池一段时间的寿命。
但是问题也就随之而来了,这种针对700mAh镍镉电池设计的充电器实际在零售上是“两槽充电器”的中流砥柱。。。零售上来说店面销售的势头还真是看好,普通消费者都喜欢买大容量的充电电池,最少的购买量两个AA1800mAh电池就差不多25-35元的零售价,然后对充电器就将就对付,买一个10块钱左右的充电器。那10块钱的充电器100%都是铁芯的充电器,而且肯定不会是带有“快慢充”(其实也就是70mA/150mA两档充电电流选择);更不会带有自动停充的充电器,这种便宜充电器给AA1800mAh充电大概要24-38小时的充电时间,且不说充电的效果啥样,这么长时间,充电器本身都未必能安然无恙。。。。
这个问题挺难办的,能达到在小体积内实现200mA左右电流输出,而且还要有自动停充的充电器价格还真不便宜。说句公道话,也可能是给品胜做个广告,品胜的小灵冲真是很不错的产品,价位很好,东西也不错。
对于四槽充电器,我的看法比较折中,对于国外的产品,四槽充电器以日系的居多,SANYO三洋,SONY索尼,PANASONIC松下,MAXELL日立万胜,TOSHIBA东芝,MITSUBISHI三菱,都有相应的产品,而且在本论坛中各位名商户的网站上都有供货,图片,性能,售价都有很详细的解释,一个也不少阿。这日系的四槽充电器大多数使用了开关电源,有了稳定的大电流输出,再加上多项充电保护措施,自然效果很不错,不少的充电器标榜了1小时充电的优良充电能力。
国产的四槽充电器良莠不齐,有普通的铁芯充电器(110-250mA左右的充电电流,有快慢充档切换,有的有自动停冲功能),也有用开关电源的四槽充电器(500-1000mA左右的充电电流,有温敏检测,有-△V检测)我不好评价这些充电器的优良好坏。我转贴以前在suppo,(沈阳三普电池)的网站上看到的一篇资料。
镍镉/镍氢充电电池的充电详细解释
镍镉/镍氢充电电池的充电详细解释
充电是将充电电池恢复其原始容量的过程,为使电池达到长期使用的目的,必须通过适当的充电方法充电。
(1)快充电流: 1CmA(快充温度范围:0℃~40℃(32°F——104°F ).为了适当的控制快充,建议以0.5CmA~1CmA充电,超过1CmA充电可能会造成电池内压过高从而使电池安全阀开启,从而造成电池漏液.在开始充电时,当NTC(负温度系数热敏电阻)或其它温度检测元件检测电池温度低于0℃(32°F)或高于40℃(104°F)时,应进行涓流充电而不是快充.当以下所述(4)、(5)、(6), 及(11)达到预计标准时,停止充电.建议至少采取(5)(6)(7)中二项进行控制。
(2) 对于已过放电或深放电的电池,如果直接用大电流充电无法恢复电池的容量,需要先以小电流充电,等电压升高后再进行快充。
(3) 快充起始电压:0.8V/只,将电池电压恢复为可快充的电压范围的电流为:0.2~0.3CmA。
(4) 电池充电上压限:1.6V/只,如果由于故障或误操作,电压接近此值后转为涓流充电。
(5) -△V值:5-10mA/只,快充过程中,如果电压从其峰值下落5到10mV则终止充电,快充转为涓流充电。
(6) dT/dt值:0.8-1℃/min,用热敏电阻或温度传感器探测电池温度,单位时间内电池温度上升达到预设值时,终止快充并转为涓流。
(7) TCO:电池充电最高温度,D型、F型、2/3M型及M型电池为48℃,其他电池为50℃,如果充电中电池过热会对电池寿命及其他性能造成影响,为此,当电池温度达到预设值,终止快充并转为涓流充电。-△V检测线路在开始快充后一定时间内启动,但在此时间内dT/dt 可以启动。
(8) 初始延时:10分钟,防止-△V检测线路在开始快充后一定时间内启动。因为镍氢电池在放置较长时间或过放后充电电压会有波动(假-△V),此时延时的设定是为防止此假-△V误触发使充电终止。
(9) 涓流充电电流:1/30~1/20CmA,如果涓流充电电流过大,电池温升会增加,造成电池性能降低。
(10) 快充转换时间:60分钟(1CmA)
(11) 充电总时间:10-20小时,即使是涓流充电,长时间过充也会造成电池性能恶化,为防止涓流或其他充电下过充,建议设立一个保护性的总充电时间控制。
(12) 镍氢电池充电时的温度及电压取决于电池组的形状,电池组结构及其他因素。
我觉得充电的时候能按照这个要求来充电的都算是很不错的充电器。
镍镉/镍氢电池充电应该注意什么?
镍镉/镍氢电池买来的时候外面纸卡包装一般都很明显的突出“XXXXmAh容量,1000次寿命,1.2V电压,数码相机最佳搭档”;在池体不明显的地方(以AA1800180mAh电池为例子)用小字写下“标准充电:恒流180mA需15小时;快速充电:恒流540mA需4小时”。
这“一大一斜说道可不少,在我看来,大字突出的未必是真话,小字告诫的恰恰是良言。
现在的电池厂商为了迎合消费者心中对大容量电池的无限向往,销售电池的容量能标多,就肯定不标少!大伙不妨去看看北斗先生的评测,有几个“达标”?
能达到1000次寿命,这说法还有情可原,镍镉/镍氢电池理论上可以达到2000次甚至更多,但是实际的民用条件根本达不到最符合镍镉,镍氢电池是用维护的要求,而且受本身电池的生产工艺限制,还有论坛里谈论颇多的“大容量低循环率问题”,你让消费者还敢有1000次循环使用的指望吗?
1.2V的电压还算是比较公道,镍镉/镍氢电池的公称电压是1.2V,而且电池大多数的电量也是在1.2V放出的。可事实上,消费者买来了镍镉/镍氢电池大多数是为了替代碱性电池使用的,碱性电池的公称电压可是1.5V,起始电压可以达到1.6V。我通常就能碰上这样的消费者“你这电池怎么是1.2V,两个电池一起用才2.4V,我用的XX牌数码相机写的是DC3V输入,到相机里面不就把我相机烧坏了?你赔得起吗?你知道我相机多少钱买的哪?告诉你我可花了XXXX元呢”。我没法和他解释,太费口舌。
只要是镍镉/镍氢电池都会标明1.2V电压,作为直流供电电源来说,能在符合用电要求的稳定放电平台上释放出电流就是符合要求的。镍镉/镍氢电池可以在1.2V电压以上释放出85%的电量,只要用电器能接受1.2V的电压就可以使用阿。镍镉/镍氢电池还有一个起始电压,公称电压,终止电压的问题,一般镍镉/镍氢电池刚刚冲过电(刚刚充一会,或者全部充满出现的电压情况差不多一样的)后电压都比未充电之前高。在充满电后刚刚拿下来电压测量电压,可以测到1.39-1.42V的电压值,这是很正常的。理论上电池刚刚充饱后初始的高电位,是因为氧化镍电极存在大量不稳定的高价二氧化镍,在这一阶段如果不立即放电,二氧化镍会自动分解,损失部分能量,电位也就随之降低。
刚充饱拿下来的电池在放置一段时间后大约1-2小时后电池的电压就能稳定在在1.385V左右(个人经验,也可能是由于使用的电压表不准,会有一点误差。),这就是电池的起始电压。电池的公称电压较为容易理解,是1.2V我就不详细叙述了。终止电压很关键,镍镉/镍氢电池得终止电压在1.0-1.1之间,超过了这个终止电压可能有过放的危险,上网看到有人“使用小电筒灯泡串联电池,然后放了个一干二净,电池电压接近0V”这可不是什么好事情,过放对电池来讲同样是致命的!!!
电池充电时必须注意的问题
数码相机的最佳搭档,这个属于广告词,本身没有啥毛病,但是我认为对电池不公平,生产出AA-2300mAh这么高容量的电池不全是为了数码相机的使用,至少我个人不赞同这句华而不实,以偏概全的广告语。
在电池池体不明显的地方(以AA1800180mAh电池为例子)用小字写下“标准充电:恒流180mA需15小时;快速充电:恒流540mA需4小时”。这个就非常重要,这是厂家对电池的标准充电和快速充电做出的指导性说明,告诫大家-不要图快,冲得太快没有啥好处,快充/超快充带来的容量折损,循环次数降低都可以避免。希望大家能对待充电电池好一点,充电的时候电流小一点,时间长一点,电池也就会回报你是用时间长一点,使用次数多一点。这可是金玉良言,一点也不骗人的。。
最后提一句,前面在写五位数字命名方法的时候,忘记了没有特殊指出电池的种类,不光是镍镉/镍氢电池,锂离子电池;锂-二氧化锰电池,锂-亚硫酰氯电池,锂-二氧化硫电池也都可以这么叫。如果不加以区分的话就出现了同样的“18650”既可能是镍氢电池,也可能是锂离子电池的情况。在这种电池命名前一般都有注解如“NI-Cd(镍镉),NI-MH(镍氢),Lion(液态锂离子),CR(锂-二氧化锰),ER(锂-亚硫酰氯),WR(锂-二氧化硫)”。加上注解来看这种型号才不会出现错误。
在前面提到了“镍镉电池的记忆效应”,相应的也应该补充一段“镍镉电池的电池活化”。电池活化是指使电池的电化学活性“复活”,使电池性能恢复的措施。密封镍镉电池活化分为浅充放火化和深充放活化。浅充放活化:以0.2C倍率电流放电至1.0V,再以0.1C倍率电流充电12-14小时。停置半小时后,以0.2C倍率电流放电至1.0V。如此进行1-3次的循环,直到电池容量接近额定容量。深度充放电活化:以0.2C倍率电流放电至接近0V,然后以0.1C倍率电流充电12-14小时,停置半小时后,以0.2C倍率电流放电至接近0V。如此进行1-3次的循环,直到电池容量接近额定容量。
同时提醒诸位,个电池组内单体电池容量不一致,导致最低容量的电池过放电(也称为反极充电)。电池过放电的后果比较危险,会导致电池内压急剧上升,电池易爆裂,且氢和氧同时产生容易发生爆炸。需要谨慎使用。
文章中关于理论上的知识有不少来自中南大学出版社郭炳焜教授等人编著的《化学电源》一书。这本书的详细内容是关于电池远离以及制造技术的,大家如果对电池很感兴趣的话可以购买。不过书本里面的大多数内容都是相当专业的,看了之后很吃力。我写的文章中以后还会有关于电池的改造与替换使用的篇节,里面的例子以我个人的经验为例,大家如果效仿出现了任何问题,我事先声明,本人不负责任。
编者语:火眼的电池文字还在继续,对此有兴趣的朋友可以继续到PCHOME数码频道DC器材俱乐部中继续讨论:http://digi.pchome.net/cool/2004/5/26/3_115748.php
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