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(gè)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(wú)法避免在較熱或較冷的環(huán)境充電時(shí),使用者必需對(duì)充電過(guò)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(shí)或更短的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)氫氧結(jié)合速率減慢,充的太快會(huì)電池內(nèi)壓力大幅增加,最終使電池排出氣體。這樣充過(guò)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(shí)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(shí)發(fā)生的氣體結(jié)合這一特定過(guò)程也能產(chǎn)生一些熱量來(lái)輔助保持溫度。理想的充電器能自動(dòng)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(duì)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(jì)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(jí)消費(fèi)品由于對(duì)價(jià)格敏感,一般不設(shè)計(jì)成包含溫度傳感器的。
在更高的溫度時(shí),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(shí)只能充進(jìn)75%的容量,在60°C時(shí)只能充進(jìn)45%的容量。這與一些汽車充電器在夏天時(shí)的低性能相印證。
鋰離子電池在高低溫度時(shí)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(shí)時(shí)將充電速率降到1C以下。
民用消費(fèi)級(jí)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(lái)很正常,但電池的阻抗會(huì)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(zhǎng)期充電會(huì)對(duì)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(wú)論經(jīng)過(guò)多少個(gè)充放循環(huán)都無(wú)法回復(fù)。用戶所不知道的是,這樣的一個(gè)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(shí)會(huì)減小充電電流并且避免整個(gè)充電過(guò)程低于0度。在給一個(gè)冷電池充電時(shí),可以將外殼加溫再充電。在低溫時(shí)放電不會(huì)對(duì)鋰離子電池有什么損害。當(dāng)然在低溫環(huán)境下整個(gè)電池效能的降低也是顯而易見(jiàn)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(jià)格也影響了消費(fèi)者對(duì)這些產(chǎn)品的關(guān)注。
在高溫環(huán)境時(shí)使用鋰離子電池也有一些需要關(guān)注的安全性問(wèn)題,尤其是電池含有鈷或鎳電極時(shí)。把一個(gè)充滿電的或已經(jīng)過(guò)度充電的電池升溫,會(huì)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(guò)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(guò)充時(shí)也不會(huì)喪失穩(wěn)定。
鉛酸電池能適當(dāng)忍受一些極端溫度,因?yàn)槲覀儗?duì)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(shí)充電,其它的則會(huì)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(shí)的充電性能以及避免在升溫時(shí)的發(fā)熱失控,控制充電滿時(shí)的電壓極限非常重要。進(jìn)行量測(cè)調(diào)整可以延長(zhǎng)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(shí)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(shí)候,但盡量使這個(gè)時(shí)間縮短。在45°C時(shí)短時(shí)間充電還可以接受,50°C或以上時(shí)電池就開始受損了。請(qǐng)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(shí)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(jì)的鎳鎘電池的確能達(dá)到這么快的速度。要達(dá)到這個(gè)速度,只需要通過(guò)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(shí)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(huì)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(huì)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(guò)排氣。
超快速充電只能應(yīng)用于專門為快速充電設(shè)計(jì)的電池。對(duì)普通充電電池進(jìn)行這種大電流充電會(huì)使導(dǎo)電通路被加熱。對(duì)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(gè)細(xì)小的幾乎不可見(jiàn)的焊坑會(huì)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(huì)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(duì)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(gè)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(jí)充電器能根據(jù)電池特性調(diào)整充電電流。一個(gè)空的充電電池先使用大電流充,在充到大半時(shí),電流逐漸縮小。舊電池也能根據(jù)情況自動(dòng)充到一個(gè)合適的程度。