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航模用锂离子/锂聚合物电池的使用和保养方法介绍

钜大LARGE  |  点击量:1437次  |  2021年07月06日  

一、遥控模型电池的常见种类


可充电电池,最常见的莫过于镍氢(Ni-MH)电池,玩具、手电、剃须刀等,家庭必备。甚至早期也能看到在专业航模中使用镍氢电池。但现在已经逐渐淘汰了。唯一仍然较多地使用在遥控器上(发射机)。作为动力电池,普遍都改用锂电,还有磷酸铁等。


二、锂电池的常见名词


1、电池容量(mah):电池的容量,通常我们用AH(安/时)来计算,在航模中由于容量通常较少,所以精确到mAH(毫安/时)。其实“mah”正确的表达是“mA/H”。m代表单位“毫”,A代表电流单位“安培”,H代表时间单位“小时”。例如2200mah,代表该电池可以2200毫安电流恒定放电1小时,所放出的电量为该电池的容量。


2、放电倍率(c数):电池除了容量大小以外,更重要的是放电率,也就是我们常说的C数!1C表示一倍放电电流。例如2200mah的电池,1C电流=2.2A,那么30C即:2.2A×30C=66A。这是电池的极限输出最大电流。


3、节(S):锂电池单体电压为3.7V,一片单体电芯我们用CELL来称呼,或者用“S”来表达,如果需要获得更高电压,则需要多片单体电池进行串联叠加,例如2S(3.7+3.7=7.4V),3S(11.1V)……如此类推


三、锂电池的使用方法


所有的锂离子电池,无论是以前的,还是最近这些年的,包括:聚合物锂离子电池,磷酸锂铁电池等等,都非常害怕电池内部短路、电池外部短路、过充这些情况。


因为,锂的化学性质非常活跃,很容易燃烧,当电池放电、充电时,电池内部会持续升温,活化过程中所产生的气体膨胀,电池内压加大,压力达到一定程度,如外壳有伤痕,即会破裂,引起漏液、起火,甚至爆炸。


技术人员为了缓解锂离子电池的危险,加入了能抑制锂元素活跃的成份(比如钴、锰、铁等等),但这些并不能从本质上改变锂离子电池的危险性。因此使用中需要非常注意!


1)充电:锂电安全工作电压范围是2.8~4.2V,低于或高于这个电压范围电池中的锂离子变得非常不稳定,甚至造成事故。为保证电池处于安全范围,因此需要专门的充电器。这些充电器会自动根据电池当前状态而调整充电方式。在锂电中普遍采用三阶段。


①激活:充电器开始充电前,会以小电流供给电池,并同时检测电池电压变化,并逐渐加大电流直到设定值。此过程可以视作一种激活或者测试性充电。


②恒流变压充电:充电器以恒定的电流给电池充电,随着电池电压的升高,充电器同时提高充电电压,以加快充电速度。


③变流恒压充电:当电池到达4.2V截至电压时候,此时电池大约仅冲入70%左右的电量(并未饱满哦)。此时充电器即以恒定的电压,逐渐变小的电流对电池继续充电,值至小于0.1A充电仍然检测到电池电压继续升高时候才停止充电。这样电池才算充满。一般行业内充电电流建议是2C充电,也就是电池容量的2备,例如您的电池是2200mAh,2C充电,就是2200mAHX2C=4400mAh,充电器也就是调整为4.4A培。350mAh的电池充电,也就是350mAhX2C=700mAh,充电器调整充电电流为0.7A.以次类推。当然现在很多电池,都支持大电流充电,都支持到5C


再说一下何谓“平衡”,这是针对1S以上电池采用串冲方式而特有的一种智能化操作。


为了获得更高的电压输出,我们采用多片电芯串联的方式,因此充电的时候,就有两种方式:


①串充:例如3S(11.1V),充电器则以11.1V电压同时对串联的3片电芯进行充电。(例如:IMAXB6)


②并充:例如3S(11.1V),充电器以4.2V电压分别对每片电芯进行独立充电。(例如:UNAA6)


很显然,并充方式是每片电芯独立控制的。就如跟充单个1S电池一样。但串充则可能会遇到一种情况,例如3片电芯中,其中一片已经到达4.2V截至电压,而其他2片还没有达到,咋办?此时就需要对3片电芯进行电压“平衡”了。典型的B6就是这种方式,他将会对高压的电芯进行放电,然后再对整组充电,最终达到平衡饱满。


了解这个充电过程,就明白10来块的充电器跟几百块的充电器差异在哪里了。便宜的充电器仅仅是靠几个开关管来实现截至电压控制,要么充不满,要么过冲。而好的充电器则采用单片机芯片同步检测电池状态,从而控制充电方式的切换。


2)放电:


放电中需要注意的是防止过放,锂电池安全电压是2.8~4.2V,电压如果低于2.8V,锂离子就进入衰减状态,一旦衰减就无法激活了,充不进电。但我们老模友都说“别低于3.6”,这里面可能存在误解!我们需要区分两个电压:


①:负载电压:就是电池在有负载的情况下,例如飞机飞行的时候


②:空载电压:没有任何电力输出时。


例如飞行中,电池电压可能处于3.3V,但拔下来后数分钟,电压会回升到3.6左右。以往老模友年代没有双向传输嘛,所以看不到飞行中的电池电压,基本都是下飞机后测量的,所以“别低于3.6V”就一直被传承了下来……正确来说,负载电压不应低于3.2V是比较合理的。偶尔一次半次过放,其实也不那么可怕,只要负载不低于2.8基本来说还是安全的啦(还要看电池质量,低于3.2V电池,很容易过放。有一些电池,也就是零点几秒钟,所以建议不要轻易尝试)


3)存放:


很多新鸡,玩完飞机就往箱子里一扔了事。或者有的模友电池都习惯充好备用,想飞的时候随时可以飞!、


这两种习惯都是非常要不得的。锂电最佳保存电压为3.7~3.8V。锂离子在这个状态下处于最稳定状态。任何电池都有自放电(漏电)的特性,如果电池本来已经飞到几乎没电了,你这么放他1个月,可能都放光了……。


充满电放着,是最损电池的。放3天或者1个礼拜左右,电池就开始胀气了。你会发现飞行没力,但测量电压又正常。


所以现在的充电器,例如B6,专门设置了一项存储模式。充电器会自动根据电池的电压进行放电或者充电,让电池处于3.8V后停止。


注意:以上所说的东西,并不是什么权威知识,仅仅是兔兔从各面了解到的,并通过结合自己的经验简单总结出来的东西。如有说错的地方请您指点。也请同行、模友们不要抄袭、转载本文……误人子弟就不好了!


充电电池的种类


镍镉电池(Ni-Cd)


电压:1.2V


使用寿命为:500次


放电温度为:-20度~60度


充电温度为:0度~45度


备注:耐过充能力较强。


镍氢电池(Ni-MH)


电压:1.2V


使用寿命为:1000次


放电温度为:-10度~45度


充电温度为:10度~45度


备注:目前最高容量是2100mAh左右。


锂离子电池(Li-lon)


电压:3.6V


使用寿命为:500次


放电温度为:-20度~60度


充电温度为:0度~45度


备注:重量比镍氢电池轻30%~40%,容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充,如果过充会造成温度过高而破坏结构=>爆炸。


聚合物电池(Li-polymer)


电压:3.7V


使用寿命为:500次


放电温度为:-20度~60度


充电温度为:0度~45度


备注:锂电的改良型,没有电池液,而改用聚合物电解质,可以做成各种形状,比锂电池稳定。


铅酸电池(Sealed)


电压:2V


使用寿命为:200~300次


放电温度为:0度~45度


充电温度为:0度~45度


备注:就是一般车用电瓶(它是以6个2V串联成12V的),免加水的电池使用寿命长达10年,但体积和最量是最大的。


电池充电的名词解释


充电率(C-rate)


C是Capacity的第一个字母,用来表示电池充放电时电流的大小数值。


例如:充电电池的额定容量为1100mAh时,即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时,如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时,充电也可按此对照计算。


终止电压(Cut-offdischargevoltage)


指电池放电时,电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。


根据不同的电池类型及不同的放电条件,对电池的容量和寿命的要求也不同,因此规定的电池放电的终止电压也不相同。


开路电压(OpencircuitvoltageOCV)


电池不放电时,电池两极之间的电位差被称为开路电压。


电池的开路电压,会依电池正、负极与电解液的材料而异,如果电池正、负极的材料完全一样,那么不管电池的体积有多大,几何结构如何变化,起开路电压都一样的。


放电深度(DepthofdischargeDOD)


在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比,称为放电深度。


放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系,当二次电池的放电深度越深,其充电寿命就越短,因此在使用时应尽量避免深度放电。


过放电(Overdischarge)


电池若是在放电过程中,超过电池放电的终止电压值,还继续放电时就可能会造成电池内压升高,正、负极活性物质的可逆性遭到损坏,使电池的容量产生明显减少。


过充电(Overcharge)


电池在充电时,在达到充满状态后,若还继续充电,可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生,电池的性能也会显著降低和损坏。


能量密度(Energydensity)


电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。


一般在相同体积下,锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍,是镍氢电池的1.8倍,因此在电池容量相等的情况下,锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小,重量更轻。


自我放电(Selfdischarge)


电池不管在有无被使用的状态下,由于各种原因,都会引起其电量损失的现象。


若是以一个月为单位来计算的话,锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。


充电循环寿命(Cyclelife)


充电电池在反复充放电使用下,电池容量回逐渐下降到初期容量的60%-80%。


记忆效应(Memoryeffect)


在电池充放电过程中,会在电池极板上产生许多小气泡,时间一久,这些气泡会减少电池极板的面积,也间接影响电池的容量。


新买的充电电池充电要8-12小时吗?


不论任何电池都有自我放电的特性,所以当新充电电池到你手中时,这中间可能充电电池已经经过了一段时间的自我放电了。这就是充电电池内部的化学原料已经历一段时间没有使用,出现“钝化”状态,无法充分发挥化学反应,提供足够的电压。在这种情况下,第一次使用充电电池时,一定要将充电电池充满,让电压恢复到原有的水平。事实上,如果你的充电电池长时间没有使用,也一样会产生这种“钝化”现象,而且情况会更严重。最好能对充电电池进行3次充放电的过程,将有助充电电池的活化作用。让充电电池内部的化学物质可以充分发挥应有的效果(镍镉电池)。有时新购买的充电电池,放进充电器的时候,会在还没充饱电之前充电器就停止充电了。当遇见这种问题的时候,你只要将充电电池移开充电器,然后在放进充电器继续充电。这对于新充电电池是很正常的现象,不是你购买到不良的充电电池(镍氢、锂离子电池)。一般来说对充电的时间不能太久,最多12小时就足够,如果一旦过度充电就会对充电电池造成损坏。


如何计算充电时间?


充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/充电电流(mA)*1.5的系数


假如你用1600mAh的充电电池,充电器用400mA的电流充电,则充电时间为:600/400*1.5=6小时(注意:这种方法不适用新购买或长期未使用的充电电池)


镍氢充电电池和锂离子充电电池其实也是有记忆效应,使用起来真的不用放电吗?


其实上镍氢充电电池和锂离子充电电池的记忆效应是十分轻微的,并不值得我们去注意它。


(请注意看到这里时,就不要利用充电器的放电功能对镍氢充电电池和锂离子充电电池进行放电动作,尤其是锂离子充电电池,由于本身的材质因数,并不允许电池本身能够承受充电器的强制放电。如果你硬要对锂离子充电电池进行放电,最终将导致电池损坏。)另外,你使用需放电的镍镉充电电池,那么建议你,不论使用电池的次数是否频繁,最好每隔两、三个月左右就对镍镉充电电池进行一次充放电,这样可以确保镍镉充电电池的记忆效应对电池的影响减到最低状态。


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