电池

电池 充电电池是充电灯具的核心，是充电灯具重要的品质标志。如果说，灯泡 坏了，用户可能认为是灯泡的品质差，而电池不断用坏，就是灯具低品质的 常规现。 电池的品质好坏表面上不容易被察觉，实际上有一定的电池知识，即便没 有先进的仪器（内阻仪、容量仪），也能很容易观察到。除了电池品质因素 外，大多数充电灯具的电池不是用坏的，而是因没有采用合理的充电方式， 没有电池的过充、过放、涓流充电等电池必须有的保护功能及正常的维护所 造成的。 了解下列许多有关电池的概念及充电原理就很容易辨别高品质灯具的真 正含义。 电池 通过正负极之间的反应，将化学能转化为电能的装置，即储存化学电能的 装置。自从电池发明至今，已有数百种不同材料、原理、结构的电池。被广 泛应用的充电电池，从材料及原理上分为 3 大类： 1、铅酸电池， 2、镍氢电 池， 3、锂电池。镍铬电池因有记忆，又不环保已基本被淘汰。 优质电池 能达到国家电池的主要参数，如电压平台稳定，容量足，使用寿命等 电池产品，均为优质电池。优质电池源自高品质、高纯度的电池材料，最佳 电池内部结构设计和先进科学的生产工艺。优质电池是电池厂追求的目标。 本文所指的电池均为优质电池。再好的充电方式、使用方式和维护方式均不 能将劣质电池变为优质电池。 劣质电池 采用二手铅、镍、锂等含杂质很高的低品质金属原料为电池极板，及内部 结构、生产工艺均达不到国家电池标准的电池。劣质电池的特点是：1、电池 电压平台不稳定， 2、电池容量不足， 3、电池寿命短。 典型的伪劣电池 电池中最高的成本为极板材料铅、镍、锂等金属，这些极板金属的含量实 际上决定着电池的容量。极少数电池厂会通过减少极板金属含量，减薄极板 厚度，增加极板反应面积，提高电解液酸度等手法，来增加电池的初始容量， 电池寿命通常不会超过 10 个循环次，欺骗用户。 一次电池 指无法进行充电，仅能放电的电池。一次电池容量通常大于同等规格的充 电电池。如锌锰、碱性干电池、锂扣电池等。一次电池因用电负载不确定， 而无法标明实际容量。如 8 节一组的一次电池组， 仅能为手电钻提供 20 分 钟供电，取下的电池却又能为挂钟供电半年以上。 充电电池 指可反复充电再循环的电池，电池学称二次电池。如：铅酸、镍氢、锂离 子、锂聚合物等。 电池容量 电池充满电后，空载状态下放电至截止电压是所释放的电能量，为电池容 量。一般用符号 mAh 或 Ah 表示。 额定电压 电池正负极的材料因化学反应而造成的电位差，而由此产生的电压值，为 额定电压。 电池的额定电压分为：过充电压和过放电压。 过充电压 充电电池充电至最高的额定电压为过充电压。不同结构的电池过充电压不 尽相同。如：铅酸电池的过充电压为 2.45V，镍氢电池的电压为 1.4V，锂电 池的电压为 4.2V。 过放电压 充电电池放电至最低的额定电压为过放电压。不同结构的电池过放电压不 尽相同。如：铅酸电池的过充电压为 1.7V，镍氢电池的过充电压为 1.0V，锂 电池的过充电压为 3.0V。 铅酸、镍氢、锂离子充电电池价性比表 性能 铅酸电池 镍氢电池 锂离子电池 比能量（Wh/kg） 32~35 60~80 130 能量密度（Wh/L） 90 135 170 比功率（W/kg） 130 170 300 循环寿命（次） 500 1000 1200 平均电压（V） 2 1.2 3.6 电压范围（V） 1.70~2.4 1.0~1.4 3.0~4.2 自放电率（%/月） 4 30~35 6~9 有无记忆 较小 较小 无 有无污染 有 无 无 电池成本 低 中 高 充电技术 低 高 高 充电成本 低 高 高 内阻 电池内部由化学材料和物理材料自动生成的阻抗，为电池内阻。用符号 m Ω 表示。电池内阻是电池最重要的品质标志。影响电池内阻的因素很多，其 中最主要的是正负极片的纯度和电解液的成份。电池内阻越小，电池的充放 电性能就越好，电池品质就越高。 低品质电池常常采用二手材料，纯度不高，通常内阻大，电池品质就差。 倍率 电池充放电时电流的大小与电池容量的比率为倍率。用符号 C 表示，常被 称为充电电流和放电电流。电池的充放电倍率是电池实际应用的重要参数， 会直接影响充电电池的充电效果和电池寿命。如： 6V12Ah 电池，用 1C 倍率 充电，即用 12A 电流充电： 1 给铅酸电池充电： 标准的铅酸电池充电倍率为 0.1C，即充电电流 1.2A。如果以倍率 1C12A 给铅酸电池充电， 只需 1 次电池不会立即损坏，铅酸电池不可快速充电，也 就不可大电流充电。 2 给镍氢电池充电： 标准的镍氢电池充电倍率为 0.1C 倍率，即充电电流为 1.2A。镍氢电池可 以快速充电，以大电流 1C 倍率 12A 充电，长期用 1C 倍率充电，其充电效果 不好，且电池寿命会缩短 1/5。 对电池的充电效果和寿命而言，充电电流越小越好。但也要符合实用的要 求，充电时间通常应不超过 12 小时。 充电倍率直接影响充电器的成本， 1C 倍率充电器的成本会比 0.1C 的充 电器成本至少高 5 倍。 放电倍率对电池的寿命影响相对较小，但对电池容量的影响较大。如 12V18Ah 的电池，以 1C 倍率放电，电池的实际容量不会越过 11Ah。国产电池 上常印有 25℃， 20 小时放电率字样，为该电池的额定容量。而国外标准是 10 小时放电率，美国标准为 8 小时放电率。国外的标准比中国的要高，也就 是实际的容量要大。 自放电 电池充满电后，在与外电路没有接触条件下， 电容量会自然损减，为电 池的自放电现象。其减少的容量与额定容量的比例为自放电率，电池的品质 和温度直接影响电池的自放电率。品质越差的电池，自放电率就越大。温度 对电池的自放电率也有很大的影响（详见电池性价比表）。不同种类的电池 自放电率不同，受温度的影响也不同，如：在 60℃温度条件下，铅酸电池仍 可相对正常充放电，而镍氢电池会在 24 小时内自放电达 50%。 电池寿命 电池容量会随着使用次数和时间的增加而逐渐减少，电池按实际的应用， 可分 2 种使用方式：浮充使用和循环使用。其寿命概念不同。 浮充使用 电池采用浮充充电原理，永远保持充电状态， 停电后自动放电（如：应 急灯、电脑 UPS 等）。浮充使用的电池寿命通常以年份计算，如 3 年、 5 年 等，哪怕 3 年应急灯未工作过 1 次电池也应更换新电池。 循环使用 电池充满电后放电，再充电，再放电，循环使用（如：手机、充电灯具等）。 循环使用的电池使用寿命，通常以循环次数计算，如 200 循环次、 500 循环 次、 1000 循环次等。 放电率 放电容量与电池额定容量的比率为放电率。电池的使用寿命与放电率的深 度有直接关系。 深度放电：放完额定电量的 100%，或接 100%为深度放电，以 60%电池容量 为测试点，深度放电的循环次数为 250 次。日本 JIA 标准为 350 次，松下标 准为 400 次。 中度放电：放电至额定电量的 50%，为中度放电。循环寿命为 500 次。 浅度放电：放电额定容量的 30%，为浅度放电。循环寿命为 1200 次。 影响电池寿命的因素 电池使用寿命是一个非常复杂的综合概念，影响电池寿命的因素很多，主 要有： 1、电池自身的品质 2、充电方式 3、放电方式 4、使用方式（放电率） 5、环境温度 6、正常维护 充电的三种不同结果 当一件充电产品由制造商交给用户后，充电方式已定，用户自己已无法改 变。长期充放电使用，充电的结果只有 3 个： 1 不合理充电： 充电方式不合理，充电电压、电流过大，会造成长期过充，损坏电池。 2 充不满电： 充电原理不对，充电电压、电流太小，长期充不满，会造成电池产生记忆。 3 合理的充电： 正确的充电方式，合理的充电电压和电流配合涓流充电功能，会使电池获 得最长的使用寿命。 充放电原理 电池的内阻是电池最重要的技术参数之一，新电池的内阻通常为 8～ 15m Ω 。 电池充放电过程，可以理解为电池内阻增大或减少的过程。 1 放电过程： 就是电池内阻增大的过程。电池电压越低， 内阻越大。当电池完全没电， 为 0V 时，内阻为无穷大，会严重损坏电池。电池的过放保护，实际上就是为 了防止电池内阻过量增大。 2 充电过程： 就是电池内阻减少的过程。如果充电技术能将电阻减小到与新电池一样， 电池的寿命就会极大的延长。实际上，电池的内阻在不同的充电方式下，会 停留在不同的某一数值上，只有用极小的电流才能将电池内阻尽可能减少到 最接近新电池的内阻。所以，有涓流充电功能的灯具，在充满指示灯亮后， 可继续进行涓流充电，以恢复电池容量，延长电池寿命。 充电方式 充电方式是充电灯具的重要技术，也是充电电池使用寿命长短的决定方 式。充电方式会受充电的设计成本、原理、电池容量、充电器输出功率等诸 多因素影响。充电方式可多种多样，如低品质、低技术的单一线性充电方式 （详见充电器）。先进的充电方式也有很多种，其中 PWM 脉冲充电为最佳。 通过充电方式就可确定灯具的内在品质。灯具制造商不会花较高的充电成 本为低价的电池充电，而高成本、高品质电池必须有合理的充电方式才能保 证电池获得合理的使用寿命。 过充保护 为防止电池过量充电，造成电解液受损而设计的保护电池的功能。 过放保护 为防止电池过量放电，造成电池内阻无限增大，极板积化，电池容量减少， 电池使用寿命缩短为设计的保护电池的功能。 涓流充电 用极小的电流对电池进行充电，不仅能使电池充得更满，更重要的是能让 电池内阻减少到最小，尽可能恢复电池容量，减少电池记忆，延长电池使用 寿命。涓流充电是充电技术的重要方法之一。 充电技术还可能涉及到其他先进的功能，如：过温保护、智能充电、电池 电量自动检测、电池品质自动检测等。 正确的电池维护 所谓维护，就是指充电，电池需充满电后存放。正确的维护方式： 1 每次用灯后尽早充电，不要连续几次用灯，最后才充电。 2 长期不用灯时，应定期每一个月补充电 1 次。每月补充电一次好过每三 个月补充电一次。 3 有涓流充电的灯具，应利用其功能。充满指示灯亮后，可继续充电 2~5 天，以恢复电池容量。 4 一年以上不用灯时，应放电 1 次，恢复电池极板活性。