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充电器设计及镍氢电池充电方法2

2008年3月16日作者：发布人：专业嵌入式网站本文已被浏览 3394 次

摘要: 接第一编，充电器设计及镍氢电池充电方法2，镍氢电池充电方法（系统）简述，充电对电池寿命的影响，充电倍率对充电接收效率随充电倍率增加而提高，基于芯片级的集成充电系统可以按照充电曲线快速恢复容量。

【正文】

7、充电倍率对充电接收效率随充电倍率增加而提高。图7显示了快充倍率加大了曲线坡度变化，这种急剧的坡度变化可以用来触发与温度及电压相关的充电终止。电动自行车用电池建议以0.2~0.4C5充电。然后，以适宜的维护（或涓流）充电倍率0.025C5以抵消自放电来维持电池容量。
8、当前，基于芯片级的集成充电系统可以按照充电曲线快速恢复容量，同时减少过充压力。所以，使用镍氢电池的产品经常采用。其中包括两种基本的充电方案：
两阶段：此种方法采用记时器以从初始充电倍率换至维护充电倍率。因电池没有过充传感，充电倍率必须保持在0.1C5以下，以减少过充对电池性能及寿命的影响。充电时间通常设定在16~24小时，以保证电池在完全放电情况下充满。此方案虽然经济，但对于不同的放电程度和环境条件是没有补偿的。所以，很少推荐用于镍氢电池。
三阶段：先快充恢复约90%的容量，中间阶段采用定时充电恢复全部容量完成充电。然后，再以维护充电提供连续的涓流电流以补偿电池自放电。通常采用温度传感技术在过充的瞬间将快充（电流在1C5范围）转换成中间充电。中间充电一般是定时0.1C5充电，时间视电池组结构而定。中间充电取代了快速深充电，保证了电池完全充满。三阶段充电的充电器设计比两阶段充电器更复杂（使第二转换点与第三个充电倍率配合好），但可降低过充，延长电池使用寿命。
9、充电控制系统辅助技术
由于电池寿命对过充的敏感性，对某些过充过度更敏感，充电器设计中推荐采用充电中止辅助技术，可以是内置的辅助充电控制技术，也可以是一种失效保护充电中止技术，如热熔丝。
10、镍氢电池充电方法（系统）简述
电动自行车用电池组建议采用0.2~0.4C5快速充电方法。
快速充电：此时仅仅使用计时的方法控制快速充电是不够的，需要结合使用温度速率控制或负电压降控制。温度的升高以及电压的降低均可用于充电控制终止。快速充电适于外界温度在10~35℃的范围。
为达到最佳的循环寿命，推荐使用具有TCO辅助控制，dT/dt温升控制充电,或负电压降控制充电。对于TCO推荐的控制温度为45℃，对于dT/dt控制，温升达0.6~0.8℃/分钟，可用于控制参数；对于-ΔV控制推荐的控制电压为0~5mV/每块电池（24V或36V电池组建议-Δ≤50mV）。
以温度为基础的充电控制系统：随着电池转为过充，电池温度会相应上升，以此为基础的充电传感控制比电压峰值传感更可靠、经济。所以，一般推荐采用以温度为基础的充电控制。镍氢电池充电过程放热的特性（如图7所示），表明整个充电过程中温度不断上升，这就需要仔细选择设定点以避免提前达到充电终止。
dT/dt：基于温度曲线坡度改变的充电转换，消除了外部环境的大部分影响，是三阶段充电中非常有效的及早发现过充的技术。dT/dt控制充电后期电池表面温度上升速率，推荐的控制温升为0.6~0.8℃/分钟。
ΔTCO：是以温度转换为基础的最简单的切换方式。是采用从充电开始起的温度增加的绝对值，如从充电起始点电池温度增加20℃，选择ΔT必须对充电时正常的温度增加和过充时的波峰都加以考虑。合适温升的选择应在工作环境中进行测试。ΔTCO控制充电后期电池表面温度，推荐的控制温度为45℃，上限为50℃。建议仅作为一种失效保险方案，以避免在基本的转换方案失效时造成损坏。
以电压为基础的充电控制系统：因可采用现有的电池引线，避免了额外电池温度传感引线的费用和复杂性。所以，以电压为基础的充电控制对充电器制造商很有吸引力。但是，由于一般在过充后期发生电压波峰，过充中电压的上升不如温升那么明显，另外电压特性也会随循环而改变。基于这些原因，多数产品设计者仅选用电压传感技术作为温度控制的后备。此外，还有必要注意以下几种情况。
DV/dt：除了以上所说的事项外，当以1C5快速充电时，在充电初期可能会出现-ΔV现象，时间约为5-10min。这段时间应取消-ΔV测试，避免快速充电终止。
+ΔV：传感绝对电压上升也可以是一种游泳式的充电控制策略。如果电池在充电之前通常完全放电，这种方法使用起来非常方便。
-ΔV：电压在过充时出现峰值，通过电压降低切换也是可行的。这样，就消除了以上所说的探测电压和温度增加方法中不能充满和过充的担心。-ΔV控制充电后期电池电压下降幅度，推荐的控制电压为0~5mV/块电池。
涓流充电：在大多数的情况下，需要电池或电池组处于饱和充电状态，a为补偿。由于电池自放电而损失的容量，电池应保持0.02C5A~0.05C5A的涓流充电电流，涓流充电的合适温度为+10℃~35℃。涓流充电可以与前面讨论的任何一种充电方法配合使用。
11、推荐温度范围
以上的讨论特别适用于室温范围的设备。对于产品工作温度范围通常在上下极限区域内的产品设计，应充分调查了解不同品牌电池的技术特征及工作环境状况。
高温：虽然镍氢电池高温性能（40~55℃）范围与标准镍镉电池相当或稍好一些，但高温环境下也应予以注意。原因有二：
（1）如果电池在充电前处于温升状态，温度和电压传感系统设定值的选择会受到影响。
（2）由于充电效率的降低，充电时间不得不延长。
低温：虽然镍氢电池低温充电接收能力比镍镉电池更好，设计者必须确认低温不会对其充电控制方案造成负面影响。充电时间在低温时需延长，所以必须仔细考虑充电时间长短的准确确定。同时，要特别提示设计者考虑，适合低温充电的时间长短，可否会造成正常温度时的过充。低温时充电倍率必须降低，10℃以下推荐采用0.1C5作为上限，建议不要在0℃以下充电。
12、影响电池充电效率的因素
充电效率依赖于电池类型、充电倍率、电池温度、放电倍率和环境温度等诸多因素。实际上，在室温下的正常充/放电制度下，镍氢电池的充电效率接近90%。这就意味着至少要输入110%的标称容量，建议在正常充电电流下的容量输入为100~110%。
13、充电对电池寿命的影响
事实上，有效地控制过充、时间和充电率是提高电池寿命的最佳方法。
充电方法：通常来讲，应根据实际使用的充电器的具体情况调整充电方法。这一点对镍氢电池比镍镉电池更为重要。因为，充满电时镍氢电池的电压和温度变化更细微，而且过充经历对镍氢电池寿命有更大的影响。
过充深度：为具体的一辆电动自行车用镍氢电池组设定适当的过充深度取决于使用情况，一定的过充对确保所有电池已经充满并处于平衡的状态至关重要。但是，电池充满后，如果维持充电过长时间，则会降低电池寿命。采用三阶段充电程序在一定程度上可降低过充的损害。具体的充电过程及应用条件应了解电池的使用说明书上载明的技术参数，以确保电池在具体应用中最大限度地延长使用寿命。
适应高温能力：一般来说，高温可加速化学反应，同时也加快电池内部老化的过程。因为，高温时充电能力下降。高温也是充电过程中值得特别注意的问题。在高温下更难辨别充电向过充的变化。虽然，镍氢电池比镍镉电池更能承受高温充电，但仍然提示整车制造商和使用者加深对电池性能的了解，以便选择一种即可满足使用要求又可最大限度延长电池寿命的充电方法。
电池反极：在镍氢电池放电过程中部分或全部电池的反极可缩短电池的寿命。特别是反复多次过放。
文/刘巍阎永恒张建海
（辽宁九夷三普电池有限公司

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