在不同溫度下使用充電器給電池充電
可充電電池可以在一個較寬的溫度范圍內(nèi)使用。然而這并不默認(rèn)可在同樣的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行充電。當(dāng)無法避免在較熱或較冷的環(huán)境充電時,使用者必需對充電過程進(jìn)行一些控制。最好還是讓電池在合適的溫度下充電。
鎳鎘電池:一般情況下,這種老的電池技術(shù)更能耐受在極端溫度下充電。鎳鎘電池能在一小時或更短的時間內(nèi)快速充電,但這樣的充電限制在5°C到45°C范圍內(nèi)進(jìn)行,如在更理想的溫度范圍(10°C到25°C)充電可以得到更好的效果。
在5°C以下充電時需要減慢充電速率至0.1C(即標(biāo)稱容量1/10的電流,比如電池是2000毫安小時的容量,使用200毫安進(jìn)行充電),這是為了與充電反應(yīng)中生成的氫和氧的吸收速率相一致。由于在低溫度時氫氧結(jié)合速率減慢,充的太快會電池內(nèi)壓力大幅增加,最終使電池排出氣體。這樣充過的電池以后就再也達(dá)不到它的標(biāo)稱容量了。
一些需要在低溫時進(jìn)行快速充電的工業(yè)電池內(nèi)面有一層電熱層以維持電池溫度達(dá)到可接受值。一旦充電溫度達(dá)到可接受值,充電時發(fā)生的氣體結(jié)合這一特定過程也能產(chǎn)生一些熱量來輔助保持溫度。理想的充電器能自動調(diào)整以獲得氣體結(jié)合與充電電流之間的平衡。(在不放出氣體的情況下盡可能大的充電電流)
鎳氫電池相比鎳鎘電池對高低溫下充電的耐受性要低許多。鎳氫電池不能在10°C以下進(jìn)行快速充電,在0°C以下連慢速充電都不行。一些專門設(shè)計的工業(yè)充電器能調(diào)整充電速率以適應(yīng)當(dāng)前的溫度,民用級消費(fèi)品由于對價格敏感,一般不設(shè)計成包含溫度傳感器的。
在更高的溫度時,鎳基電池的充電接受力大幅度的下降。在通常室溫下能提供100%充電容量的電池在45°C時只能充進(jìn)75%的容量,在60°C時只能充進(jìn)45%的容量。這與一些汽車充電器在夏天時的低性能相印證。
鋰離子電池在高低溫度時的性能都挺好。其可接受的充電溫度范圍是0°C到45°C。另外推薦在0°C到5°C時時將充電速率降到1C以下。
民用消費(fèi)級鋰離子電池不能在0度以下充電,這點(diǎn)很重要。雖然電池外殼在冰點(diǎn)以下充電看起來很正常,但電池的阻抗會升高并且電極接受離子的能力急劇下降。
最麻煩的是在電極上含鋰金屬的部分產(chǎn)生的電鍍反應(yīng)。充電速率越高,電鍍反應(yīng)越顯著,在很低的溫度下長期充電會對外殼安全性構(gòu)成危害。電鍍反應(yīng)的效果將是永久性的,無論經(jīng)過多少個充放循環(huán)都無法回復(fù)。用戶所不知道的是,這樣的一個電池將變得更易損直至失效。如果被刺破、碾壓或大速率充電,最終的結(jié)果是爆出氣體及火焰。
優(yōu)質(zhì)充電器在低溫時會減小充電電流并且避免整個充電過程低于0度。在給一個冷電池充電時,可以將外殼加溫再充電。在低溫時放電不會對鋰離子電池有什么損害。當(dāng)然在低溫環(huán)境下整個電池效能的降低也是顯而易見的。
有些特制的鋰離子電池允許低溫充電。這些電池殼體是用軍用材料或航空材料制作的。這些電池的低粘度電解質(zhì)減少了容量/體積比率及循環(huán)壽命。除了低效能外,高價格也影響了消費(fèi)者對這些產(chǎn)品的關(guān)注。
在高溫環(huán)境時使用鋰離子電池也有一些需要關(guān)注的安全性問題,尤其是電池含有鈷或鎳電極時。把一個充滿電的或已經(jīng)過度充電的電池升溫,會導(dǎo)致自發(fā)性發(fā)熱失控(溫升導(dǎo)致反應(yīng)加快,反應(yīng)過程放出的熱又導(dǎo)致溫度繼續(xù)上升,正反饋循環(huán)導(dǎo)致失控)。電充的越滿,導(dǎo)致發(fā)熱失控所需要的熱量就越少。錳基電池的熱穩(wěn)定性更好并且充滿電或過充時也不會喪失穩(wěn)定。
鉛酸電池能適當(dāng)忍受一些極端溫度,因為我們對自己汽車的電池比較熟悉。部分耐受性要?dú)w功于鉛酸電池系統(tǒng)的機(jī)能遲鈍。部分品牌允許零度及以下時充電,其它的則會承受損害并降低容量和縮短使用壽命。
為改善鉛酸電池在低溫時的充電性能以及避免在升溫時的發(fā)熱失控,控制充電滿時的電壓極限非常重要。進(jìn)行量測調(diào)整可以延長電池壽命15%。一般的建議每攝氏度補(bǔ)償量約為3mV。電壓調(diào)整使用負(fù)系數(shù),意即溫度上升時電壓的閾值降低。
熱是電池殺手。電池越熱,壽命越短。很多情況下升溫?zé)o法避免,尤其在快速充電的時候,但盡量使這個時間縮短。在45°C時短時間充電還可以接受,50°C或以上時電池就開始受損了。請注意電池殼體內(nèi)的溫度總是比室溫要高幾度的。
超快速充電器
一些充電器制造商聲稱能達(dá)到驚人的30分鐘以內(nèi)的充電時間。使用平衡的很好的電池并在適度的室溫下進(jìn)行操作,專為快速充電設(shè)計的鎳鎘電池的確能達(dá)到這么快的速度。要達(dá)到這個速度,只需要通過大電流充電先充到70%的充電周期。
在充電周期的第二階段,充電電流必需減少。吸收電能的效率在電池快充滿時逐漸降低。在充電周期后半段如果仍保持大電流,多余的能量就會轉(zhuǎn)化成熱量及很高的電池壓力。最后導(dǎo)致排氣,放出氧氣及氫氣。放出氣體不僅會耗損電解質(zhì),它們還都是易燃的!白色粉狀物在排氣孔周圍積聚表明之前發(fā)生過排氣。
超快速充電只能應(yīng)用于專門為快速充電設(shè)計的電池。對普通充電電池進(jìn)行這種大電流充電會使導(dǎo)電通路被加熱。對于一些使用彈簧式壓緊電極的電池盒,電池在和電極接觸處的發(fā)熱效應(yīng)被低估了。這些接觸處使用大電流充電可能產(chǎn)生永久損傷。通常,一個細(xì)小的幾乎不可見的焊坑會產(chǎn)生在接觸處尖端,繼而導(dǎo)至電路阻抗上升或接觸不良斷路。不良接觸處在大電流下產(chǎn)生的熱量一般會導(dǎo)致塑料熔化。較高的接觸壓緊力可以減少電阻和熱量。
老舊的充電電池有較大的內(nèi)阻,所以不配對的電池不能放一起進(jìn)行快速充電。即使它們都是快充型電池。內(nèi)阻大的電池生熱快,從而使電池狀況繼續(xù)惡化。差的(舊的)電池容量也降低了,它們比正常電池更早充滿并開始快速升溫。一些電池產(chǎn)生的熱量足以讓塑料電池盒軟化變形。
許多制造商還提供脈沖充電器。在充電脈沖之間分布放電脈沖可以很大的提升充電效果。這個方法促進(jìn)了氧氣和氫氣的重新結(jié)合,使內(nèi)壓和溫度降低。脈沖充電還能減少鎳鎘電池結(jié)晶效應(yīng)(記憶效應(yīng))。多數(shù)用于鎳基電池的Cadex充電器都使用了這種技術(shù)。
一些高級充電器能根據(jù)電池特性調(diào)整充電電流。一個空的充電電池先使用大電流充,在充到大半時,電流逐漸縮小。舊電池也能根據(jù)情況自動充到一個合適的程度。