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電池快充的原理是什麼?

2018年02月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 39 ℃ 次

【瑪麗盧的回答(43票)】:

快充就是大電流充電~可以加快充電時間

下面我再說一下這個鋰電池充電過程~~~

上圖中橫坐標為 上圖中橫坐標為時間,縱坐標為鋰電池電壓。由於鋰電池的特殊性,過壓或者欠壓都會導致電池報廢,所以現在的鋰電池充放電保護電路原理就是測量鋰電池電壓,再根據電壓判斷鋰電池是否處於正常狀態(非過壓、非欠壓)。

鋰電池的充電電流如上圖粉紅色線所示。鋰電池的充電分為三個階段,分別是恆流預充電大電流恆流充電恆壓充電

當電壓低於3.0V時,充電器會採用100mA電流對鋰電池進行預充電,就是上圖C C Pre-charge階段,中文名字叫恆流預沖電階段,目的是慢慢恢復過放電的鋰電池,是一種保護措施來的。合格的充電器都會有這個充電階段。

然後與問題有關的就來了。當鋰電池電壓高於3.0V時,就進入到第二階段,大電流恆流充電階段(C C Fast charge)。由於鋰電池經過第一階段的預充,其狀態已經比較穩定了(預充階段的作用可以這樣理解~但並不嚴謹)。所以在第二階段,充電電流就可以適當提高,根據不同的電池來說,這個電流的大小可以從0.1C到幾C不等,其中C是指電池容量,如2600mAh的鋰電池,0.1C就是指260mA大小的電流。

在這一個充電階段中,國家建議的標準充電是用0.1C電流進行充電的,這個就是標準充電。不過標準充電這個標準由於提出的時間很早,十幾年前的就提出來。那時候因為鋰電池技術遠遠不如現在穩定(不允許大電流充電),所以才會有這樣一個標準~~~採用標準充電的唯一好處就是充電過程穩定,發生爆炸之類的幾率非常小;缺點就是費時間!!!

而快速充電,就是指在這個階段用大於0.1C的電流進行充電。如果鋰電池容量為2600mAh,那麼標準充電的電流為260mA,只要充電電流大於260mA,就可以定義為快速充電了。不過就從目前的鋰電池水平與充放電管理芯片的水平來說,用1C的電流充電都沒問題。所以快速充電也沒有想像中的那麼危險。一般快速充電的充電電流為0.2~0.8C,所以快速充電還是安全的。由於近幾年來的提升,現在的充電器基本上都是快充類型的。

而鋰電池充電的最後一個階段為恆壓充電階段,這個階段就是檢測到鋰電池電壓等於4.2V時,充電器則進入恆壓充電模式,這個階段充電電壓恆定為4.2V,充電電流則越來越小(慢慢充滿了,電流肯定變小~)。當充電電流小於100mA時,就判斷電池充滿,切斷充電電路。

這一階段的特性,也可以解釋為什麼手機指示充滿電後,拔出USB線再插進去,手機又顯示繼續充電。

另外,需要說一下的是:以上的充電是針對於單節鋰電池的最理想充電過程,目前的合格鋰電池充放電保護板都是這樣子工作的。

電瓶車的電瓶一般有鉛酸蓄電池和鋰電池兩種。這些電瓶都是由若干的電池成組而成的(鉛酸蓄電池類型的由6個或者8個串並聯組成;鋰電池類型的則由若干個鋰電池串並聯組成)。而涉及到電池組的充電方式,這裡又有另外的一個大問題了,就是電池均衡問題。關於電池均衡問題,我在這裡不再詳說,百度一下就可以了。我只能說目前的絕大多數電瓶車電池都沒有電池均衡管理,所以這個導致了電池組的壽命遠遠不如單個電池的壽命,這也解釋了為什麼電瓶車的電池不耐用,一年左右就報廢了~~~同時也解釋了當前電動汽車發展的困境就是電池成組技術的限制。

簡單來說結論就是:快速充電是指充電電流大於0.1C的充電方式,這種充電方式對於單個鋰電池來說,對壽命與穩定性等的影響非常小;但是如果對於電瓶車電池組來說的話,快充就是用時間換取電池壽命的一種行為。

最後要說的是:使用標配充電器對電瓶車充電沒問題;但是對於那些打著10分鐘充滿電的充電站來說,就要注意了,使用這些充電站絕對大大影響電池壽命。

另外,對於電池組來說,電池均衡意義更重要。快充對電池組的壽命有影響正是因為電池組均衡問題沒有解決。

【ArthurWang的回答(0票)】:

會!快充簡單說就是加大電流,對電池會有很大損害的。

【陳小恆的回答(3票)】:

謝 @李啟帆 邀。

答主對電瓶車快速充電不瞭解,這裡簡單介紹一下目前手機上的快充技術,希望能夠達到拋磚引玉的效果,讓專業從事快充的工程師來進一步介紹快充技術的特點和原理。因為答主實際上也沒有做過快充的方案,因此只是通過對網上搜集的資料進行整理得出本答案的具體內容。因為是科普性質介紹,所以本文無意過多介紹內部轉換器的開關工作原理。

一.首先介紹下目前一般手機充電器的工作過程:

手機充電器實際上是一個AC/DC轉換器(即通過整流橋、控制IC、輸出濾波電路等一些元器件組成的把市電220VAC的電壓轉換為5V輸出的電路)。

圖1 圖片來自昂寶一款用於手機充電器的原邊反饋AC/DC控制器的典型方案

圖2 圖片是實際充電器的內部結構

目前大多數手機充電器都是按照先恆流充電,後恆壓充電的工作順序。即剛開始充電時由於電池電壓較低,控制器(即圖1中OB2520)檢測FB電壓後控制整體電路工作在恆流模式。這時充電器以一個固定電流(圖中ICC=1A)給電池負載充電。當充電器持續以1A電流充電時,電池電壓逐漸上升(圖中垂直於橫軸的線段)。當Vo電壓被充到接近5V時,控制器退出恆流模式,開始以5V的恆壓給電池充電(圖中平行於橫軸的線段),電池電壓繼續上升,充電電流逐漸減小。整個工作過程如圖3逆時針紅色箭頭所示的。

圖3 充電器工作時序

二.為什麼有的充電器充電很快,為什麼有的充電器充了好幾個小時還不能充滿?

市場上的手機買來時都會標配一個充電器,如果仔細看的話會發現充電器上都會有規格介紹。

圖4 充電器實物圖

圖4中可以看到這款充電器的輸出電流是2A,而市面上比較多的還是1A和1.5A的充電器。這些充電器的輸出電流不同直接影響了輸出功率,也影響了充滿一塊電池的時長。而一般電腦主板上usb的額定電流也只有500mA,所以對大容量手機電池充電的時候會遇到手機充電器三個小時就能充滿的手機,在電腦上四五個小時還沒充滿的情況。

三.什麼是快速充電:

由於現在手機屏幕越來越大,分辨率越來越高,手機耗電量也越來越大,促使手機電池容量越來越大(如華為Mate7電池為4100mAH)。帶來的負面影響就是如果不改變電池充電策略,手機充電的的時間也會越來越長。上面第二部分提到了,不同輸出電流的充電器充電快慢不一樣,我們可以推出一個結論,充電電流越大越好,這樣可以得到更短的充電時間。但實際上大的充電電流會帶來一些問題。我們知道充電器需要一根usb延長線來連接充電器和手機,而實際上usb延長線並不是理想導體。在控制器工作恆流大電流時usb延長線就會有(I^2)*R的損耗(假如導線電阻1歐姆,2A電流,導線上的損耗相當可觀)。為了加快充電速度就必須大電流,而大電流會帶來大的損耗,這裡就需要折中考量。因此為了加快充電速度,僅僅增大輸出電流顯然是不可取的。

目前市面上量產的快充方案,以高通Quick Charge 2.0為例。已經量產的小米4充電器採用了5V/2A、9V/1.2A、12V/1A的規格。充電器檢測輸出端的充電狀況控制充電器輸出功率在這三種狀態中切換,實現最大限度提升速度的同時有效減小輸出電流來降低usb延長線上的功率損耗。而看到這裡已經可以知道快速充電不是簡單的增大輸出電流這種粗暴的手段。

圖5 採用高通快充標準的小米4充電器

市場對於快速充電這一發展方向有不錯的認可度。而實際已經有多款手機採用了快速充電技術,而且不僅限於高通的快充標準。比如三星的蓋世Note4, OPPO Find7,小米手機4,新MOTO X等一些手機都支持快速充電技術。

【LeonIngol的回答(0票)】:

排名第一的答案說的很詳細了。補充幾點:鋰電池不能沖的很滿,因為沖的滿會導致陰極陽極見的隔離層被形成的dendrite穿透,這樣子電池就廢了。真正在使用中對電池影響壽命的是散熱管理和單個電池的充放電管理,也就是均衡管理。過快速的充電會散發大量的熱,肯定會減少電池使用壽命,但是在平時使用中不科學的管理模式對電池的損傷其實更大

【金賽爾的回答(0票)】:

近年來,電動車己進入千家戶/電動車鉛酸蓄電池由於其製造成本低、容量大,價格低廉而受到了廣泛的使用。但是充電時太長.續行公里短.給消費者帶來不便,但若使用不當,其壽命將大大縮短,影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多,充電方式就是其中一個主要因素

標籤:-電池 -電動車電池


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