航模用鋰離子/鋰聚合物電池使用和保養 電池的種類 基礎知識

2021-01-19 給力蹦小勇士
航模電池

一、遙控模型電池的常見種類

可充電電池,最常見的莫過於鎳氫(Ni-MH)電池,玩具、手電、剃鬚刀等,家庭必備。甚至早期也能看到在專業航模中使用鎳氫電池。但現在已經逐漸淘汰了。唯一仍然較多地使用在遙控器上(發射機)。作為動力電池,普遍都改用鋰電,還有磷酸鐵等。

二、鋰電池的常見名詞

1、電池容量(mah):電池的容量,通常我們用AH(安/時)來計算,在航模中由於容量通常較少,所以精確到mAH(毫安/時)。其實「mah」正確的表達是「mA/H」。m代表單位「毫」,A代表電流單位「安培」,H代表時間單位「小時」。例如2200mah,代表該電池可以2200毫安電流恆定放電1小時,所放出的電量為該電池的容量。

2、放電倍率(c數):電池除了容量大小以外,更重要的是放電率,也就是我們常說的C數!1C表示一倍放電電流。例如2200mah的電池,1C電流=2.2A,那麼30C即:2.2A×30C=66A。這是電池的極限輸出最大電流。

3、節(S):鋰電池單體電壓為3.7V,一片單體電芯我們用CELL來稱呼,或者用「S」來表達,如果需要獲得更高電壓,則需要多片單體電池進行串聯疊加,例如2S(3.7+3.7=7.4V),3S(11.1V)……如此類推

三、鋰電池的使用方法

所有的鋰離子電池,無論是以前的,還是最近這些年的,包括:聚合物鋰離子電池,磷酸鋰鐵電池等等,都非常害怕電池內部短路、電池外部短路、過充這些情況。

因為,鋰的化學性質非常活躍,很容易燃燒,當電池放電、充電時,電池內部會持續升溫,活化過程中所產生的氣體膨脹,電池內壓加大,壓力達到一定程度,如外殼有傷痕,即會破裂,引起漏液、起火,甚至爆炸。

技術人員為了緩解鋰離子電池的危險,加入了能抑制鋰元素活躍的成份(比如鈷、錳、鐵等等),但這些並不能從本質上改變鋰離子電池的危險性。因此使用中需要非常注意!

1)充電:鋰電安全工作電壓範圍是2.8~4.2V,低於或高於這個電壓範圍電池中的鋰離子變得非常不穩定,甚至造成事故。為保證電池處於安全範圍,因此需要專門的充電器。這些充電器會自動根據電池當前狀態而調整充電方式。在鋰電中普遍採用三階段。

①激活:充電器開始充電前,會以小電流供給電池,並同時檢測電池電壓變化,並逐漸加大電流直到設定值。此過程可以視作一種激活或者測試性充電。

②恆流變壓充電:充電器以恆定的電流給電池充電,隨著電池電壓的升高,充電器同時提高充電電壓,以加快充電速度。

③變流恆壓充電:當電池到達4.2V截至電壓時候,此時電池大約僅衝入70%左右的電量(並未飽滿哦)。此時充電器即以恆定的電壓,逐漸變小的電流對電池繼續充電,值至小於0.1A充電仍然檢測到電池電壓繼續升高時候才停止充電。這樣電池才算充滿。一般行業內充電電流建議是2C充電,也就是電池容量的2備,例如您的電池是2200mAh,2C充電,就是2200mAHX2C=4400mAh,充電器也就是調整為4.4A培。350mAh的電池充電,也就是350mAhX2C=700mAh,充電器調整充電電流為0.7A.以次類推。當然現在很多電池,都支持大電流充電,都支持到5C

再說一下何謂「平衡」,這是針對1S以上電池採用串衝方式而特有的一種智能化操作。

為了獲得更高的電壓輸出,我們採用多片電芯串聯的方式,因此充電的時候,就有兩種方式:

①串充:例如3S(11.1V),充電器則以11.1V電壓同時對串聯的3片電芯進行充電。(例如:IMAX B6)

②並充:例如3S(11.1V),充電器以4.2V電壓分別對每片電芯進行獨立充電。(例如:UNA A6)

很顯然,並充方式是每片電芯獨立控制的。就如跟充單個1S電池一樣。但串充則可能會遇到一種情況,例如3片電芯中,其中一片已經到達4.2V截至電壓,而其他2片還沒有達到,咋辦?此時就需要對3片電芯進行電壓「平衡」了。典型的B6就是這種方式,他將會對高壓的電芯進行放電,然後再對整組充電,最終達到平衡飽滿。

了解這個充電過程,就明白10來塊的充電器跟幾百塊的充電器差異在哪裡了。便宜的充電器僅僅是靠幾個開關管來實現截至電壓控制,要麼充不滿,要麼過衝。而好的充電器則採用單片機晶片同步檢測電池狀態,從而控制充電方式的切換。

2)放電:

放電中需要注意的是防止過放,鋰電池安全電壓是2.8~4.2V,電壓如果低於2.8V,鋰離子就進入衰減狀態,一旦衰減就無法激活了,充不進電。但我們老模友都說「別低於3.6」,這裡面可能存在誤解!我們需要區分兩個電壓:

①:負載電壓:就是電池在有負載的情況下,例如飛機飛行的時候

②:空載電壓:沒有任何電力輸出時。

例如飛行中,電池電壓可能處於3.3V,但拔下來後數分鐘,電壓會回升到3.6左右。以往老模友年代沒有雙向傳輸嘛,所以看不到飛行中的電池電壓,基本都是下飛機後測量的,所以「別低於3.6V」就一直被傳承了下來……正確來說,負載電壓不應低於3.2V是比較合理的。偶爾一次半次過放,其實也不那麼可怕,只要負載不低於2.8基本來說還是安全的啦(還要看電池質量,低於3.2V電池,很容易過放。有一些電池,也就是零點幾秒鐘,所以建議不要輕易嘗試)

3)存放:

很多新雞,玩完飛機就往箱子裡一扔了事。或者有的模友電池都習慣充好備用,想飛的時候隨時可以飛!、

這兩種習慣都是非常要不得的。鋰電最佳保存電壓為3.7~3.8V。鋰離子在這個狀態下處於最穩定狀態。任何電池都有自放電(漏電)的特性,如果電池本來已經飛到幾乎沒電了,你這麼放他1個月,可能都放光了……。

充滿電放著,是最損電池的。放3天或者1個禮拜左右,電池就開始脹氣了。你會發現飛行沒力,但測量電壓又正常。

所以現在的充電器,例如B6,專門設置了一項存儲模式。充電器會自動根據電池的電壓進行放電或者充電,讓電池處於3.8V後停止。

注意:以上所說的東西,並不是什麼權威知識,僅僅是兔兔從各面了解到的,並通過結合自己的經驗簡單總結出來的東西。如有說錯的地方請您指點。也請同行、模友們不要抄襲、轉載本文……誤人子弟就不好了!

充電電池的種類

鎳鎘電池(Ni-Cd)

電壓:1.2V

使用壽命為:500次

放電溫度為:-20度~60度

充電溫度為:0度~45度

備註:耐過充能力較強。

鎳氫電池(Ni-MH)

電壓:1.2V

使用壽命為:1000次

放電溫度為:-10度~45度

充電溫度為:10度~45度

備註:目前最高容量是2100mAh左右。

鋰離子電池(Li-lon)

電壓:3.6V

使用壽命為:500次

放電溫度為:-20度~60度

充電溫度為:0度~45度

備註:重量比鎳氫電池輕30%~40%,容量高出鎳氫電池60%以上。但是不耐過充,如果過充會造成溫度過高而破壞結構=>爆炸。

鋰聚合物電池(Li-polymer)

電壓:3.7V

使用壽命為:500次

放電溫度為:-20度~60度

充電溫度為:0度~45度

備註:鋰電的改良型,沒有電池液,而改用聚合物電解質,可以做成各種形狀,比鋰電池穩定。

鉛酸電池(Sealed)

電壓:2V

使用壽命為:200~300次

放電溫度為:0度~45度

充電溫度為:0度~45度

備註:就是一般車用電瓶(它是以6個2V串聯成12V的),免加水的電池使用壽命長達10年,但體積和最量是最大的。

電池充電的名詞解釋

充電率(C-rate)

C是Capacity的第一個字母,用來表示電池充放電時電流的大小數值。

例如:充電電池的額定容量為1100mAh時,即表示以1100mAh(1C)放電時間可持續1小時,如以200mA(0.2C)放電時間可持續5小時,充電也可按此對照計算。

終止電壓(Cut-off discharge voltage)

指電池放電時,電壓下降到電池不宜再繼續放電的最低工作電壓值。

根據不同的電池類型及不同的放電條件,對電池的容量和壽命的要求也不同,因此規定的電池放電的終止電壓也不相同。

開路電壓(Open circuit voltage OCV)

電池不放電時,電池兩極之間的電位差被稱為開路電壓。

電池的開路電壓,會依電池正、負極與電解液的材料而異,如果電池正、負極的材料完全一樣,那麼不管電池的體積有多大,幾何結構如何變化,起開路電壓都一樣的。

放電深度(Depth of discharge DOD)

在電池使用過程中,電池放出的容量佔其額定容量的百分比,稱為放電深度。

放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關係,當二次電池的放電深度越深,其充電壽命就越短,因此在使用時應儘量避免深度放電。

過放電(Over discharge)

電池若是在放電過程中,超過電池放電的終止電壓值,還繼續放電時就可能會造成電池內壓升高,正、負極活性物質的可逆性遭到損壞,使電池的容量產生明顯減少。

過充電(Over charge)

電池在充電時,在達到充滿狀態後,若還繼續充電,可能導致電池內壓升高、電池變形、漏夜等情況發生,電池的性能也會顯著降低和損壞。

能量密度(Energy density)

電池的平均單位體積或質量所釋放出的電能。

一般在相同體積下,鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍,是鎳氫電池的1.8倍,因此在電池容量相等的情況下,鋰離子電池就會比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小,重量更輕。

自我放電(Self discharge)

電池不管在有無被使用的狀態下,由於各種原因,都會引起其電量損失的現象。

若是以一個月為單位來計算的話,鋰離子電池自我放電約是1%-2%、鎳氫電池自我放電約3%-5%。

充電循環壽命(Cycle life)

充電電池在反覆充放電使用下,電池容量回逐漸下降到初期容量的60%-80%。

記憶效應(Memory effect)

在電池充放電過程中,會在電池極板上產生許多小氣泡,時間一久,這些氣泡會減少電池極板的面積,也間接影響電池的容量。

新買的充電電池充電要8-12小時嗎?

不論任何電池都有自我放電的特性,所以當新充電電池到你手中時,這中間可能充電電池已經經過了一段時間的自我放電了。這就是充電電池內部的化學原料已經歷一段時間沒有使用,出現「鈍化」狀態,無法充分發揮化學反應,提供足夠的電壓。在這種情況下,第一次使用充電電池時,一定要將充電電池充滿,讓電壓恢復到原有的水平。事實上,如果你的充電電池長時間沒有使用,也一樣會產生這種「鈍化」現象,而且情況會更嚴重。最好能對充電電池進行3次充放電的過程,將有助充電電池的活化作用。讓充電電池內部的化學物質可以充分發揮應有的效果(鎳鎘電池)。有時新購買的充電電池,放進充電器的時候,會在還沒充飽電之前充電器就停止充電了。當遇見這種問題的時候,你只要將充電電池移開充電器,然後在放進充電器繼續充電。這對於新充電電池是很正常的現象,不是你購買到不良的充電電池(鎳氫、鋰離子電池)。一般來說對充電的時間不能太久,最多12小時就足夠,如果一旦過度充電就會對充電電池造成損壞。

如何計算充電時間?

充電時間(小時)=充電電池容量(mAh)/充電電流(mA)*1.5的係數

假如你用1600mAh的充電電池,充電器用400mA的電流充電,則充電時間為:600/400*1.5=6小時(注意:這種方法不適用新購買或長期未使用的充電電池)

鎳氫充電電池和鋰離子充電電池其實也是有記憶效應,使用起來真的不用放電嗎?

其實上鎳氫充電電池和鋰離子充電電池的記憶效應是十分輕微的,並不值得我們去注意它。

(請注意看到這裡時,就不要利用充電器的放電功能對鎳氫充電電池和鋰離子充電電池進行放電動作,尤其是鋰離子充電電池,由於本身的材質因數,並不允許電池本身能夠承受充電器的強制放電。如果你硬要對鋰離子充電電池進行放電,最終將導致電池損壞。)另外,你使用需放電的鎳鎘充電電池,那麼建議你,不論使用電池的次數是否頻繁,最好每隔兩、三個月左右就對鎳鎘充電電池進行一次充放電,這樣可以確保鎳鎘充電電池的記憶效應對電池的影響減到最低狀態。

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