解密快速充电器的看家本领

好的充电器是保证电池具有良好性能及持久耐用的基础。但在激烈的市场竞争中，用户常常不会对电池充电器进行优先考虑。其实电池和充电器的匹配应该像马车与马一样严格，但事实并非总是如此。工程师们往往不能充分意识到便携式设备对功率要求的复杂以及在不利条件下的充电要求，因而现实中电池和电池充电器之间的匹配或多或少会存在一定的问题。

充电器分为个人和企业，“灵敏的”和“笨拙的”，慢充、快充和超快充几种类型。作为大众消费品的个人廉价充电器，当按要求使用才能发挥电池的良好性能。工业充电器一般由第三方制造并且有一些特殊性能的要求，例如可在极端温度下充电。尽管电池可以在零度以下使用，但是并不是各种成分的电池都可以在寒冷环境下充电，锂电池就属于这类范畴。铅和镍基电池虽然可以在寒冷环境下充电，但是充电速率较慢。

部分锂电池充电器具有唤醒功能，即锂电池由于过度放电进入休眠状态后使其可以重新充电。电池在完全放电或者自放电使其电压低于临界点时就可能进入休眠状态。普通充电器遇到这种情况就当电池作废处理。锂电池充电器的唤醒功能利用较小的充电电流将电池电压提升到2.2-2.9V之间（这是普通充电器的充电起始电压）然后激活保护电路。如果锂电池已经在1.5V电压下放置一周或者更长时间，这时要特别注意。

铅酸电池和锂电池充电器一般是恒流恒压（CCCV）充电，首先是恒流充电，充电电流不变电压持续升高，当电压达到某设定值时就不再升高。此时电池容量接近饱和，开始恒压充电过程，充电电流开始下降。当电流降低到某设定值时，充电结束。为了防止放电硫酸盐化作用的发生，铅酸电池需要定期满充。

镍基电池在恒电流充电过程中，电压可以随意波动。就像用橡皮筋提东西那样，手先动物后动。当观察到电压在稳定上升后出现了稍微的下降，就可以认为充电结束了。这就是著名的△（Detal，表示一个变量）电压△温度(DVDT)充电技术，这种方法充电快速而且非常有效。为了安全，以防出现如短路或错配等异常现象，充电器需要温度传感器和平台计时器，以便在检测到无电压波动时结束充电。

镍基电池充电时温度容易升高，特别当充电量达到70%时，这一现象尤为严重。这是因为随着充电进行，充电效率降低，此时应降低充电电流来减少压力。充好时，电池就会降温。如果充电温度持续保持在环境温度之上，则充电器使用有误，此时应立刻取下电池。涓流充电会对镍基电池造成损伤。镍铬电池和镍氢电池不能长时间在无人看管下充电（连续充几周或几个月）。电池不用时，应将其放置在阴凉处；重新使用前，先对其进行充电。

锂基电池在充电时应该一直保持冷却状态。如果电池在充电时温度一直较高，应该停止使用电池或者充电器。锂离子电池充满电时，不会进行涓流充电，因此充电时间增加，电量并不会相应升高。所以没有必要将锂离子电池从充电器中移走，但是，如果一个星期或者更长时间没用，最好将其放在阴凉处，使用前再次进行充电。

最基本的充电器是隔夜充电器，也被称为慢速充电器。回溯到以前的镍镉电池时期，只要连接上电池，一个简单的充电器就会以0.1C（充满电需要10小时）的速率为电池充电。慢速充电器没有电量检测功能。充电器一直工作，一个空电池充满需要14-16个小时。当电池电量充满时，慢速充电器使得镍镉电池保持温热状态。因为充电过量会使得充电能力降低，所以镍氢电池不应该放在慢速充电器上充电。隔夜充电器经常作为为CAA和AAA电池充电的低成本充电器，比如一些儿童玩具。

作为消费产品，快速充电器介于慢速充电器和急速充电器之间。一个空电池的充电时间是3-6小时。当电量充满时，充电器的显示变为“完成”。大多数快速充电器有温度感应器，使得有质量问题的电池也可以安全充电。

快速充电器有几个优点，其中一个明显特点是充电时间更短。这就需要充电器和电池之间的两良好配合。以快速充电器1C的充电速率，一个空镍镉电池和镍氢电池充满电只需稍多于一个小时的时间。当电池快充满电时，一些镍基充电器通过减小充电电流来适应较低的充电需求。电量充满的电池开始进行涓流充电，也称为补偿自放电。目前大多数的镍基充电器通过用较小的涓流充电来满足镍氢电池。

锂离子电池充电效率是最高的，可以在不到一个小时充电达70%。额外的时间用来长时间的饱和充电，但这对于锂电池来说，并不是必须的（铅酸电池则不同）。事实上，为使锂离子电池使用寿命更长，最好不要充满电。在所有的充电器中，锂离子充电器是最简单的。除了CCCV方法外，在改善电池性能和长时间使用方面没有其他的好方法。

铅酸电池不能快速充电，“快速充电”这个词是用词不当。大多数铅酸充电器可以在14-16小时内将电池充满（使用任何充电更慢的充电器都是不得已的）。铅酸电池在大约八小时时间内充电百分之七十，其余时间都在为最重要的饱和充电过程充电。对铅酸电池间歇地进行满充可以防止硫酸盐化作用。

超快充电器

电动汽车对超快充电的要求比任何领域都要高。在数分钟内给一辆电动汽车充电可替代补充50升(13加仑)燃料到油箱里，提供600kWh的能量。一个电化学设备拥有如此大的能量储存是不切实际的，因为具备这种容量的电池重达6吨！目前的锂离子电池能量密度近为150Wh/kg，而化石燃料的能量密度大概是它的100倍。

给一辆电动汽车充电总是比灌满油箱要慢很多，并且电池的能量密度比化石

燃料低。因此，即使电池本身设计就是为了快速充电，打破自然规则并且迫使快速充电，遇到的阻力仍很大。我们必须铭记于心的是，电池充电本来就很缓慢，就像一个上了年纪的老人，它的自身状况和快速充电能力在使用中会渐渐变得不够理想。

无论是电动汽车、电动自行车、飞行物体、便携设备或者爱好小工具，当电池进行超快充电，必须遵守以下条件：

1.电池必须在设计时就能够接受超快充电并且处于良好状态。

2.超快充电仅适用于最初充电阶段，达到荷电状态(SOC)的70%时应该降低充电电流。

3.电池组中的所有电池必须均衡并且电阻极低。老化的电池通常电量和电阻是不均衡的，导致较弱电池上承受不匹配或者不必要的压力。

4.超快充电仅在适宜的温度下使用。低温会减缓了化学反应速率，未利用的能量会转换为气体、金属电镀的能量和热量消耗掉，同时会发生很多副反应，影响电池的性能。

快速充电电容器就好比一辆以300km/h(188mile/h)的速度在行驶的高速列车。增加推动力相对来说较容易，但限定列车可行驶速度的是轨道，而不是列车自身。同样地，电池的环境限定了充电的速度。一个设计完善的超快充电器应该包含温度补偿和其他安全设施，以使在一定的条件下能够降低充电电流和在过压下电池停止充电。

配备系统管理中心(SMBus)的“智能电池”，可以通过特定充电器提供电池系统允许的最大充电电流。但大多数“智能”系统所忽略的是电池所处的环境，它们假定电池组正在以最初的容量工作，并且所有的电池均衡性很好，但这种条件仅适合新电池。超快充电器应该评估“化学电池”的环境并在必要时作出调整，而不是完全依赖“智能电池”的指令。

锂离子电池的最大充电电流是由电池的设计决定的，而非由通常认为的阴极材料所决定。我们需要控制电池在合适的温度并防止阳极产生锂枝晶。较薄、孔隙率高、石墨颗粒小的阳极因具有较大的比表面积，从而可以快速充电。这些所谓的动力电池虽然可以在大电流下充放电，但是能量密度很低。相比之下，其他储能电池阳极材料较厚，而且孔隙度较低，这种电池要在低于1C下充电。一些

镍钴铝的混合电池在适度的电压下可以在4C下放电。可能的话，仅在必要时快速充电。一个设计得当的超高速充电器应该在充电时间允许时，选择最小的充电倍率。

所有的电池在室温下缓慢充放电的表现最好。然而，这样的一个受保护的充放电方式并不总适用于实际情况：要求电池包更紧密、充电更快速以及所能承受的负载更大。这种电池可保证安全性但预期寿命短，典型的应用是无人机，电动汽车比赛和业余比赛。

如果快速充电和高负载的需求是先决条件，貌似把动力电池做大就OK了，但这会增加电池的大小和重量。这样的电池就像是为一辆大卡车选择了一个重型柴油机的发动机，而不是为一辆跑车设计了大马力的发动机，即使他们的马力相同，还是大型柴油更经济。

充电器的简单使用指南

1.为特定成分的电池选择正确的充电器，大部分充电器只适用于一种成分的电池。

2.建议选择合适的速度充电，超快速充电会造成过度的压力，即使电池可以承受。

3.当电池过冷或过热不适于快速充电，请在适宜温度下使用电池。

4.太旧或太差的电池不适用于快速和超快速充电。充电器很少能够对电池的状态评估，并据此控制快速充电情况。

5.当使用廉价充电器时注意观察电池的温度，当电池温度较高时应停止充电。