大容量镍镉电池智能型快速充电装置
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镍氢电池充电方法电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。
对长期不用的或新电池充电时,一开始就采用快速充电,会影响电池的寿命。
因此,这种电池应先用小电流充电,使其满足一定的充电条件,这个阶段称为预充电。
快速充电就是用大电流充电,迅速恢复电池电能。
快速充电速率一般在1C 以上,快速充时间由电池容量和充电速率决定。
为了避免过充电,一些充电器采用小电流充电。
镍镉电池正常充电时,可以接受C/10或更低的充电速率,这样充电时间要10h以上。
采用小电流充电,电池内不会产生过多的气体,电池温度也不会过高。
只要电池接到充电器上,低速率恒流充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。
电池采用小电流充电时,电池内产生的热量可以自然散去。
涓流充电器的主要问题是充电速度太慢,例如,容量为1Ah的电池,采用C/10充电速率时,充电时间要10h以上。
此外,电池采用低充电速率反复充电时,还会产生枝晶。
大部分涓流充电器中,都没有任何电压或温度反馈控制,因而不能保证电池充足电后,立即关断充电器。
快速充电分恒流充电和脉冲充电两种,恒流充电就是以恒定电流对电流充电,脉冲充电则是首先用脉冲电流对电池充电。
然后让电池放电,如此循环。
电池脉冲的幅值很大、宽度很窄。
通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。
虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关,但是,与充电电流幅值的比值保持不变,脉冲充电时,充电电流波形如图1-4所示。
充电过程中,镍镉电池中的氢氧化镍还原为氢氧化亚镍,氢氧化镉还原为镉。
在这个过程中产生的气泡,聚集在极板两边,这样就会减小极板的有效面积,使极板的内阻增大。
由于极板的有效面积变小,充入全部电量所需的时间增加。
加入放电脉冲后,气泡离开极板并与负极板上的氧复合。
这个去极化过程减小了电池的内部压力、温度和内阻。
同时,充入电池的大部分电荷都转换为化学能,而不会转变为气体和热量。
充放电脉冲宽度的选择应能保证极板恢复原来的晶体结构,从而消除记忆效应。
镍氢电池首次充电方法介绍 - 全文镍氢电池和镍镉电池一样都有记忆效应,但是要远小于镍镉电池。
所以没有必要每次充电都进行放电操作(因为操作不当会损害电池) ,只需三个月一次完全充放电以缓25〜35% (月),镍镉电池为15〜30% (月),锂电池为25% (月)。
镍氢电池的自放电率为最大,而锂电池与其他两氢电池和锂电池都不能耐过充电。
因此,镍氢电池以定电流 充电的 PICK CUT 控制方式在充电电压达到最高时, 停止继 续充电为最好的充电方式。
而锂电池则使用定电流、定电压方式充电最好,若以镍镉电池的充电器 -DV 控制方式进行充使用的时间越长。
抛开体积和重量的因素,当然容量越高越也相同,实际测的初始容量不同:比如一个为 660mAh ,另个是 605mAh ,那么 660mAh 的就比 605mAh 的好吗。
实际情况可能是容量高的是因为电极材料中多了增加初始 容量的东西,而减少了电极稳定用的东西,其结果就是循环 使用几十次以后,容量高的电池迅速容量衰竭,而容量低的解记忆效应。
2.镍氢电池的自放电率 镍氢电池为类电池相比放电率极低。
3.镍氢电池的充电方式电的话对镍氢电池和锂电池会造成使用寿命的影响。
4. 镍氢电池容量越高越好吗不同型号的电池,容量越高, 好。
但是同样的电池型号,标称容量(比如 600mAh )号,电池却依然坚挺。
许多国内的电芯厂家往往以这个方式来获得高容量的电池。
而用户使用半年以后待机时间却是差得塌糊涂。
民用的那些AA 镍氢电池 (就是五号电池) ,般是1400mAh ,却也有标超高容量的 ( 1600mAh ),道理也是一样。
提高容量的代价就是牺牲循环寿命,厂家不在电池材料的改性上下文章,是不可能真正“提高”电池容量的。
镍氢电池充电方法科学的充电方法可以延长镍氢电池的使用寿命。
①一般情况下,新的镍氢电池只有很少的电量,购买后要先进行充电然后再使用。
但如果电池出厂时间短,电量很足,推荐先使用再充电。
镍镉电池的原理和特点
镍镉电池是一种充电电池,其原理是通过电化学反应将化学能转化为电能。
电池的主要组成部分是正极、负极和电解质。
正极材料通常是氢氧化镍(Ni(OH)2),负极材料是氢氧化镉(Cd(OH)2)。
在充电过程中,正极材料中的镍氢化物被氧化,负极材料中的氢氧化镉被还原,同时电解质中的氢离子(H+)在电解质中移动。
这些反应导致电池中产生电流,将电化学能转化为电能。
镍镉电池的特点如下:
1. 高容量:镍镉电池的能量密度较高,可以存储较多的电能。
2. 长寿命:镍镉电池的循环寿命较长,可以进行多次充放电循环。
3. 快速充电:镍镉电池可以在短时间内进行快速充电,充电效率高。
4. 宽温度范围:镍镉电池可以在较宽的温度范围内正常工作,适用于各种环境条件下的使用。
5. 低自放电:镍镉电池的自放电率较低,即使长时间不使用也能保持较长的电荷。
然而,镍镉电池也存在一些缺点,如重金属镉对环境具有一定的污染性,需要进行特殊处理;此外,镍镉电池的价格较高,使用成本相对较高。
因此,在一些特定应用场景下,镍镉电池逐渐被其他类型的电池所替代。
镍镉电池标准容量重量全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:镍镉电池是一种典型的充电电池,由镍和镉两种金属元素组成。
镍镉电池具有高能量密度、大电流放电性能、长周期性能和快速充电能力等特点,广泛应用于便携设备、无线通信、航空航天等领域。
镍镉电池的标准容量是指在特定工作条件下,电池所能释放的电荷量。
一般情况下,镍镉电池的标准容量单位为安时(Ah)。
以标准容量来衡量电池的性能,是非常重要的。
标准容量越大,电池所能提供的电能就越多,使用时间就越长。
标准容量受到很多因素的影响,比如电池的化学成分、结构设计、制造工艺等。
在日常使用中,我们经常会看到一些标注着不同容量数值的镍镉电池,比如1000mAh、2000mAh等。
这些数字代表了电池的容量大小,一般来说,容量越大的电池,所带来的续航时间就越长。
除了标准容量外,镍镉电池的重量也是一个重要的参数。
电池的重量对于携带性和能量密度有着直接的影响。
一般来说,镍镉电池的重量主要由电池内部的正负极材料、隔膜、电解液、外壳等构成。
高能量密度的电池往往重量较轻,反之亦然。
在选择镍镉电池时,除了注意标准容量和重量外,还应该考虑电池的安全性、循环寿命、环境友好性等因素。
镍镉电池属于有毒有害品种,因此在处理废旧电池时,应该按照规定的方式进行回收处理,切勿随意丢弃。
第二篇示例:镍镉电池是一种常见的可充电电池,通常用于移动电子设备、无线电话和车辆动力系统等领域。
它的主要特点是高能量密度、长寿命和良好的充放电性能。
在使用过程中,了解镍镉电池的标准容量和重量是非常重要的,可以帮助用户更好地选择和使用电池。
我们来了解一下镍镉电池的标准容量。
电池的标准容量,也称为额定容量,是指电池在标准工作条件下能够释放的电荷量。
标准容量通常以安时(Ah)为单位表示,即电池能够以1安的电流放电多少小时。
对于镍镉电池来说,其标准容量一般在0.3Ah到3Ah之间,不同型号和规格的电池容量也会有所差异。
用户在选购电池时,可以根据自己的需求和设备的功耗来选择合适的标准容量,以保证设备的使用时间和性能。
蓄电池的三种充电方法蓄电池是一种将电能储存起来的设备,其充电方法可以根据充电特点和用途的不同而分为三种:常规充电、快速充电和智能充电。
常规充电是指使用直流电源将电能传输到蓄电池中,使其恢复电能的过程。
这种充电方法是最为传统和常见的,通常需要较长的时间来完成充电。
其原理是将电流通过正负极之间的化学物质进行电解反应,将储存在化学物质中的电能转化成电流,并保存在蓄电池中。
常规充电过程中,需要通过充电器对电流和电压进行调节,以保证电能以正确的方式传输到蓄电池中。
这种充电方法适用于大多数的蓄电池类型,如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池等。
快速充电是指采用高电流和高电压来快速将电能传输到蓄电池中,以达到更快的充电速度。
这种充电方法通常用于对时间要求较为紧急的场合,例如无人机、电动汽车等。
快速充电需要具备较高的充电器功率和蓄电池的承受能力,以确保能够快速充电而不会对蓄电池造成损坏。
然而,由于过高的充电速度可能导致蓄电池内部结构的变化,一些蓄电池对快速充电的适应性较差。
智能充电是指根据蓄电池的状态和需求,采用适量的电流和电压来充电,并且能够自动调整充电过程中的参数。
这种充电方法常用于一些高端电子设备或特定需求的蓄电池上。
智能充电器通常配备有充电控制芯片和相应的电路,能够监测蓄电池的电流、电压、温度等参数,并根据这些数据进行充电参数的调整。
智能充电器能够提高充电效率和安全性,延长蓄电池的使用寿命。
三种充电方法各有优缺点。
常规充电方法充电时间较长,但对蓄电池的充电性能影响较小,适用于大多数蓄电池类型;快速充电方法充电速度快,但对蓄电池的充电性能影响较大,使用不当可能会导致蓄电池损坏;智能充电方法充电效率高,但设备的成本相对较高。
根据不同的需求和场合,可以选择适合的充电方法。
镍镉电池标准容量重量1. 引言1.1 介绍镍镉电池标准容量重量的重要性和背景准确测定镍镉电池的标准容量可以帮助用户准确了解电池的储存能量,从而更好地规划使用时间和充电频率,避免在重要场合出现电池耗尽的尴尬情况。
标准重量的测定可以确保电池的质量符合规范要求,避免因电池过重或过轻导致的安全隐患。
背景介绍中,我们将深入探讨镍镉电池的定义及结构,了解标准容量和重量的测定方法,探讨影响标准容量和重量的因素,以及规范要求的制定和执行情况。
通过本文的详细分析,读者将能够更加全面地了解镍镉电池标准容量和重量的重要性,为日常生活和工作中的电池使用提供参考依据。
2. 正文2.1 镍镉电池的定义及结构镍镉电池又称镍镉蓄电池,是一种常见的二次电池,具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点。
镍镉电池由正极、负极、电解液、隔膜和外壳等几个主要部分组成。
正极通常由氧化镍(NiO)制成,负极则是由氢化镉(CdH)组成,而电解液是由氢氧化钠(NaOH)和氢氧化锌(ZnOH)混合而成。
隔膜用于隔离正负极,防止短路,外壳则用于封装整个电池。
镍镉电池的结构设计使得电子从负极流向正极产生电流,从而为外部设备提供电力。
电解液在循环充放电过程中发生氧化还原反应,从而实现电能的存储和释放。
镍镉电池的结构精巧、可靠性高,是广泛应用于电动车、无线通讯设备和航空航天领域的重要能源设备。
其性能稳定且寿命较长,受到了广泛的认可和应用。
2.2 镍镉电池的标准容量测定方法镍镉电池的标准容量测定方法主要是通过充放电实验来确定电池在特定条件下的容量大小。
在实验中,首先需要将充好电的电池连接到恒流放电装置上,然后通过不间断放电来测量电池的放电时间及放电电流,并记录下放电曲线。
通过放电曲线可以得出电池的末次电压及放电时间,进而计算出电池的放电容量。
除了恒流放电实验外,还可以采用恒功率放电法来测定电池的容量。
在恒功率放电实验中,通过控制放电电流和电压,使电池的放电功率保持不变,然后测量放电时间来计算电池的容量。
镍氢、镍镉电池、锂电池之间的区别镍氢电池镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染,无记忆效应。
镍氢电池的缺点是价格镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。
锂离子电池以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池。
锂离子电池还是一种智能电池,它可以与专用原装智能充电器配合,达到最短的充电时间、最大的寿命周期及最大的容量。
锂离子电池是目前性能最好的电池。
与同样大小的镍镉电池、镍氢电池相比,电量储备最大,重量最轻、寿命最长、充电时间最短,无记忆效应。
可充电电池主要有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。
目前使用的镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)和锂离子(Li-Ion)电池都是碱性电池。
镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH,负极板材料为吸氢合金。
电解液通常用30%的KOH水溶液,并加入少量的NiOH。
隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。
NiMH电池有圆柱形和方形两种。
NiMH电池具有较好的低温放电特性,即使在-20℃环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的85%以上。
但是,NiMH电池在高温(+40℃以上)时,蓄电容量将下降5~10%。
这种由于自放电(温度越高,自放电率越大)而引起的容量损失是可逆的,几次充放电循环就能恢复到最大容量。
NiMH电池的开路电压为1.2V,与NiCd电池相同。
NiCd/NiMH电池的充电过程非常相似,都要求恒流充电。
两者的差别主要在快速充电的终止检测方法上,以防止电池过充电。
充电器对电池进行恒流充电,。
收稿日期:2003-01-22;修订日期:2002-03-04
作者简介:田效伍(1967-),男,河南省新乡市人,河南机电高等专科学校讲师,主要从事电气控制理论及应用研究.
文章编号:1671-6833(2003)02-0099-03
大容量镍镉电池智能型快速充电装置
田效伍,刘宏飞,孙 平
(河南机电高等专科学校电气工程系,河南新乡453002)
摘 要:镍镉电池具有良好的充放电性能,尤其是对高电压、大电流镍镉电池组,需要针对镍镉电池组不同的充电电压和放电电流,设计出符合充放电特性要求的专用充电设备.对大容量镍镉电池快速充电中的发热及过充问题,提出一种在快速充电过程中叠加短时深度放电脉冲来减少电池极化,减少电池发热,延长镍镉电池组使用寿命的充电方法.分析了用单片机实现该方法的具体过程、单片机构成的硬件控制系统原理,以及软件实现镍镉电池充放电最佳曲线的程序设计思想.关键词:镍镉电池组;快速充电;单片机系统;减少极化中图分类号:T M 910.6 文献标识码:A
0 引言
镍镉电池因其可重复充电,使用寿命长,受到各类电池用户的普遍欢迎,有着广阔的应用前景.
成组的大容量镍镉电池又因其放电电流大,适用于大电流工作场合,可用于较大功率负载.
镍镉电池充电设备的研究是各电气设备生产制造厂家和公司极为关注的课题,世界各国知名电气公司相继研制了适用于不同电池的专用充电芯片和充电设备.但是,高电压、大电流镍镉电池组的充电设备因其产品批量小,未能引起足够的重视,鲜见研究报道.为满足对高电压、大电流镍镉电池组充电的需求,本课题组研制生产了单片机控制的大容量镍镉电池智能快速充电机.现就充电机研制的方法和思路进行分析探讨.
镍镉电池充电机的智能充电是指应用计算机控制技术,按照镍镉电池充电工作曲线要求的规律充电,并能实现自动停充和充电保护等功能.
镍镉电池在充电过程中,充电电流将使电池内发生分解水的反应,在正、负极板上分别有氧气和氢气析出,同时析出的氧气也以一定的速率与氢气化合生成水[1].小电流充电时,化合的速度高于析出的速度,电池内压力较低.而在大电流充电的情况下,析出的大量氧气和氢气来不及化合,导致电池内压力很快上升,同时氧气和氢气化合的速度也加快,化合过程中产生的热量也使电池温度迅速升高,此时如继续大电流充电将损坏电池.
因此,快速充电时必须设法抑制电池内的温度和
压力升高.解决这个问题的一种方法是采用脉冲充电法,即在大电流快速充电过程中叠加短时深度放电脉冲,脉冲充电波形如图1所示.采用这种方法,可以使析出的气泡加速复合,从而减小电池的内部压力、温度和内阻,可以提高充电效率并允许大电流快速充电.本文正是基于这一思想来设计充电控制系统的.本装置采用89C51单片机作为控制核心,对充放电的全过程进行监视和控制,本装置具有对13A ・h 、25只镍镉电池组成的电池组的快速充电能力,并根据用户要求设置了一路恒压输出(30V ,10A )
.
图1 脉冲充电电流波形
Fig.1 Current w ave of ch arge 2pulse
下面从硬件构成、软件设计等角度出发,详述镍镉电池智能快速充电装置的工作原理和设计
思想.
1 充电机的系统构成
充电电路结构设计如图2所示.图中DC/DC
2003年 6月第24卷 第2期郑州大学学报(工学版)
Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Jun 1 2003V ol 124 N o 12
变换器为系统提供一可调的直流电压.本装置系统采用的DC/DC 变换器为美国VIC OR 公司的V375A48C600A 卡片式开关电源,输入电压250~425V (直流),额定输出电压48V ,输出调节范围为额定输出电压的10%~110%[2].调节后的电压由充电开关管变换为脉冲电压对电池充电,在充电电流停止期间,由放电开关管叠加一短时深度放电脉冲
.
图2
充电机系统原理图
Fig.2 Principle of ch arging -circuit system
1.1 CPU 板的构成
本系统采用AT ME L 公司AT89C52单片机,扩
充一片实时时钟芯片DS12C887,片上114字节RAM 用于保存设置参数,比如电池的最低电压、
最高电压、采样转换时的比例系数等,这些参数在
断电时也需要保留.扩充一片74LS244用于功能键信号输入.扩充一片74LS573
用于驱动工作状态指示灯和故障报警指示灯等.本系统的模数转换器件采用AD1674,其12位的采样分辨率保证了足够的采样精度,由于需要采样电池电压和充电电流两路模拟信号,故在A/D 转换器之前增加了一片模拟开关LF13508.卡片式开关电源的电压调节信号由DAC0832提供.控制板结构如图3
所示.
图3 CPU 控制板结构
Fig.3 Structure of CPU board
1.2 M OS 型开关管驱动电路
系统充放电开关管采用大功率M OS 管.本机用IRFP260,耐压200V ,额定电流46A ,该管具有较低的导通电阻,在大电流工作时发热较小,因而所配的散热器也较小.M OS 管的驱动信号由单片机P1口送出,P1.6和P1.7分别控制充电M OS 管和放电M OS 管.为了增强单片机的抗干扰能力并保证开关管工作可靠,驱动信号经光电隔离后接至专用驱动模块EX B841.EX B841为IG BT 用驱动模块,其内部对开关管的保护电路非常完善,并具有软关断功能.实验证明,在本系统的驱动电路中采用EX B841驱动M OS 管是非常可靠的,具体驱动电路如图4所示.
图4 MOS 开关管驱动电路
Fig.4 Driving 2circuit of mos switch
2 系统软件设计
2.1 系统软件总流程
为了适应低温条件下也能对镍镉电池充电的特殊要求,本系统在充电初期有4min 预充.第一分钟以0.1C (C 为蓄电池的额定容量)的电流对电池充电,第二分钟充电电流为0.3C ,第三分钟充电电流为0.5C ,第四分钟充电电流为0.7C ,从第五分钟开始进入快充阶段.快速充电采用脉冲充电法.快充结束控制采用0△V 判断法,即在电池电压上升到最高电压不再上升时停止快充,而后进入涓流充电.涓充结束控制采用定时控制法,即当总的充电时间达到2h 停止充电.控制软件流程如图5所示.2.2 快充阶段软件流程
在快充阶段,除了要控制充放电开关管的交替开通和关断外,还要完成电池电压的采集、充电电流的采集、0△V 的判断等等,为了使各部分的工作互不干扰,充放电周期控制采用定时器中断方式.快充阶段软件流程如图6所示.
01 郑州大学学报(工学版) 2003年
图5 系统流程框图
Fig.5 System flow ch art
3 结束语
利用本文介绍的充电机对25只13A ・h 镍镉电池构成的串联电池组进行充电实验,所测得的10组实验数据证明:电池充足容量约为额定容量的92%,电池温升小于5℃,设计取得了预想的效果.
图6 快冲流程框图
Fig.6 F low ch art of fast 2ch arging
参考文献:
[1] 王鸿麟,钱建立,周晓军.智能快速充电机设计与制
作[M].北京:科学出版社,1998.
[2] Vicor Express.C omponent P ower S olutions [R ].New
Y ork :Vicor C orportion ,2000.
The Automatical F ast -charging Device for Large -capacity Ni -Cd B attery
TI AN X iao -wu ,LI U H ong -fei ,S UN Ping
(Department of E lectrical Engineering ,Henan Mechanical and E lectric Engineering C ollege ,X inxiang 453002,China )
Abstract :Ni -Cd battery has a g ood charge -discharge performance.F or those of high -v oltage and big -cur 2rent ,it especially requires a kind of fast -charging device.T o s olve to the problems of the generated heat and the over -charged electricity of the large capacity Ni -Cd battery during the fast -charging cycle ,this paper puts for 2ward a charging -way of reducing battery -polarization by applying shorted large -current discharge -pulse in the fast -charging cycle ,s o as to reduce the generated heat ,and it als o describes a concrete process of realizing the method by using MC U.
K ey w ords :Ni -Cd battery group ;fast 2charging ;MC U system ;battery -polarization ;reduction
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01第2期 田效伍等 大容量镍镉电池智能型快速充电装置 。