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鋰離子聚合物電池的正確使用詳解

鉅大LARGE  |  點擊量:1398次  |  2020年09月21日  

充電


鋰聚電池的充電要很小心。基本的概念是,首先先以定電流充到每個電池芯都是4.2V。然后充電器必須切換成定電壓模式,隨著充電電流的減少,充電器必須使電池芯維持在4.2V,直到電流小到某個初始充電電流的比例時停止充電。有些制造商把規格定在初始電流的2%-3%,雖然其他的數值也是可以的,不過對電池容量的差異很小。


平衡充電則代表充電器會監控每個電池芯,并使每個電池芯都充到相同的電壓。


鋰離子電池不建議使用涓流充電法。大部分的制造商都把電池芯的最大最小電壓定在4.23V和3.0V,任何一個電池芯超出這個范圍都可能會影響整體電池的能力。


大部分好的鋰聚充電器,也使用在時間到時(通常是90分鐘)自動停止充電的充電計時器作為安全裝置。


高達15C(也就是充電電流為15倍的電池容量,大概4分鐘的充電)充電率的鋰聚電池在2013年初的時候,由新種的奈米線鋰聚電池達成。不過這仍然是特例,一般建議的1C充電率仍然是遙控模型玩家的標準。不管最電池能承受多少的充電電流,很重要的是,低一點的充電率能延長航模電池的使用壽命。


放電


同樣的,高達70C的持續放電(電流為70倍的電池容量)及140C的瞬間放電也在2013年中實現(見上方遙控模型段落)。這兩種放電的C數標準都預期會隨著奈米鋰聚電池技術成熟而新增。使用者也同樣會繼續增進他們的使用,緊逼這些高性能鋰聚電池的極限。[2]


限制


所有的鋰離子電池都具有很高的電量狀態(SOC),可能導致層分離、壽命減低和效能降低的問題。在硬式電池中,硬殼能防止極層分離,但是軟包裝的鋰聚電池包本身沒有這樣的壓力。為了維持表現,電池本身要外殼來保持原來的形狀。


鋰聚電池過熱可能導致膨脹或起火。


在負載放電時,當任何電池芯(串聯情況下)低于3.0伏特時都應該立即停止負載供電,不然將導致電池沒辦法回到完全充電的狀態。或造成日后在負載供電時會大幅的壓降(內阻升高)。這個問題可以透過與電池串連的芯片來防止電池過充與過放。


與鋰離子電池比起來,鋰聚電池的充放循環壽命比較不那么具競爭力。


為了防止爆炸與起火,充電時鋰聚電池需使用專為鋰聚設計的充電器。


若直接把電池短路或短時間內通過極大電流也可能導致爆炸。特別是在有大電量需求的遙控模型玩家都會謹慎注意連接點和絕緣。電池遭到穿孔時也可能起火。


充電時要采用專門的充電器來使每顆子電池芯平均的充電。這也導致成本的新增。


延長多芯電池使用壽命


在電池包有兩種不匹配的方式:比較常見的電量狀態(SOC,電池容量的百分比)的不匹配以及容量/能量(C/E)的不匹配。這兩者皆會使電池包的容量(mAh)被最弱的電池芯限制住。在電池串聯或并聯的情況下,前級類比端(AFE)能消除電池間的不匹配,大幅增進電池效率和整體容量。電池不匹配的可能性隨著電池芯的數量及負載電流的新增而上升。


當電池包中的池芯符合以下兩個條件時,我們稱為平衡的電池:


假如所有的電池芯都有同樣的容量,當他們具有同樣的相對電量狀態(SOC)時,稱謂平衡。開回路電壓(OCV)在這種種況下是很好的SOC指標。假如把一個不平衡的電池包里面所有的電池芯,都分別充電到完全充電狀態(此時即為平衡),則接下來的充放循環也隨之回復正常而不要額外的調整。


假如電池芯之間有不同的容量時,我們仍然把所有電池芯具有相同SOC的狀態稱為平衡。由于SOC是相對的量測值(該池芯的剩余放電百分比),每個電池芯剩余的絕對容量則是不同的,電池芯在充放循環中為了使不同容量的電池芯之間保持相同的SOC,平衡器要供應串聯的不同電池芯間不同的電流。


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