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快充技术的原理及应用


      能在15h内使蓄电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法。常用于牵引用蓄电池需要在较短时间内恢复完全充电状态时的充电。蓄电池的正常充电耗时约1020h,如何能快速充电而不损害蓄电池的性能和寿命,是人们关注的热门研究课题。

    电路特点

1、输出电压设定好后(例如36V),若被充电瓶极板脱落断开,造成某组电池不通,或出现短路,则电瓶端电压即降低或为零,这时充电器将无输出电流。

    电动车快速充电站

2、若被充电瓶电压偏离设定电压,如设定电压为36V,误接24V12V6V电瓶等,充电器也无输出电流,若设定为24V误接为36V电瓶,由于充电器输出电压低于电瓶电压,因而也不能向电瓶充电。充电器两输出端若短路时,由于充电器中可控硅SCR的触发电路不能工作,因而可控硅不导通,输出电流为零。

3、若使用时误将电瓶正负极接反,则可控硅触发电路反向截止,无触发信号,可控硅不导通,输出电流为零。

4、采用脉冲充电,有利于延长电瓶寿命。由于低压交流电经全波整流后是脉动直流,只有当其波峰电压大于电瓶电压时,可控硅才会导通,而当脉动直流电压处于波谷区时,可控硅反偏截止,停止向电瓶充电,因而流过电瓶的是脉动直流电。

5、快速充电,充满自停。由于刚开始充电时电瓶两端电压较低,因而充电电流较大。当电瓶即将充足时(36V电瓶端电压可达44V),由于充电电压越来越接近脉动直流输出电压的波峰值,则充电电流也会越来越小,自动变为涓流充电。当电瓶两端电压被充到整流输出的波峰最大值时,充电过程停止。经试验,三节电动车蓄电池36V12V/12Ah三节串联),用该充电器只需几个小时即可充满。

6、电路简单、易于制作,几乎不用维护及维修。

    快充技术的原理及应用

      一般来说手机的电力耗尽,充满电的时间约在3小时以上,其实时间已经不算长了,但若是有急用的人就会觉得这段时间相当漫长,以前的解决方式是随身携带行动电源,在没电时直接接上充电即可;不过现在发展出快充技术,只需要30分钟就能充满一半以上的电量,大幅缩短充电时间。到底何谓快充技术?目前已有哪些快充技术?本篇文章将一一解析快充技术的原理及应用。

认识手机电池

      在介绍快充技术之前,先来认识一下让手机能正常使用的“电池”,手机电池在众多的电池种类中属于可重复充放电的“锂离子电池”,也被称为“二次电池” ,虽然一般人常将锂离子电池直接以“锂电池”称之,但实际上锂电池指的是不可重复充放电的一次性电池,两者的性质完全不同。

锂电池(Lithium Battery)以锂金属或锂合金为负极材料并使用非水电解质溶液,由爱迪生所发明,之后人们利用不同的材料去制造出多种电池,也被广泛地应用在电子产品上。锂离子电池(Lithium-ion battery)是靠锂离子在正负极之间的移动来进行充放电,放电时,锂离子离开负极进入正极而产生电流,充电时锂离子则反向移动,从正极进入负极还原成可以再度放电的状态。

锂离子电池标示的意义

      符合安全标准的锂离子电池一定会在电池上有着清楚的资讯标示,所以使用者也得要对这些标示有基本的了解,才能看懂它们所要表达的意义。在电池上可能会出现的标示有:A(安培)是电流;V(伏特)是电压;W(瓦特)是电功率,由电压与电流的乘积而来;Wh(瓦时)是一个小时内电池可释放出的电量。电池的容量是以Ah(安培小时,简称安时)或mAh(毫安时)来表示,其中的h 是时间,m 代表缩小一千倍的单位,由于手机电池的容量很小,所以用mAh为单位,计算公式为mAh = mA(毫安培)x H(时间)。

     举例来说,一个标示2000mAh 的电池,电流为200mA,意思就是电池的使用时间约10小时,不过实际上电池有自放电损耗的因素存在,电池存放时间长就会影响使用时间,因此电池用尽的时间若少于标示时间属于正常现象。

手机电池的充电原理

     当手机要负担的工作增加,表示电池的消耗速度也会变快,本来充饱的电池可能出门一趟没多久的时间,电量就只剩下一半,虽然现在的手机电池容量愈做愈大,但还是难以抵挡消耗的速度,更别提要将大容量电池充满电所花费的时间也会成正比延长,急着出门却发现手机电池没充满的情况也相当常见,因此提升手机的充电速度便是最直接的方式。首先来简单说明电池的充电原理,一个电池在正常使用的状况下会耗损电力,这个过程称之为“放电”,放电到一定程度后就得透过充电器为手机“充电”来回复电力。

       电池充电的过程可分成三阶段:小电流充电(Trickle Charge,简称TC)、定电流充电(Constant Current,简称CC)、定电压充电(Constant Voltage,简称CV);因为充电器输出的电压比电池高,故电流会自高电压处流向低电压处,而当电池有过放电现象时,由于电压偏低,因此必须先用小电流充电至一定的电量后再进入定电流充电模式,这样会使电池的电压逐渐上升,升高至一定数值后则转换成定电压充电模式,此时的电流会慢慢变小,最后达到充饱电的状态。

非技术性的快速充电技巧

      在快速充电技术尚未发展前,其实就可以透过一些小技巧来达到快速充电的效果,虽然跟真正的快速充电技术比起来根本微不足道,但对于有需要的人也算是不无小补。

1.关机充电:手机在完全没有损耗电量的情况下能够加快电池充满的速度;

2.关闭不必要的功能:关闭3GWi-FiGPS 定位、蓝牙等功能,或是禁止一些非必要的耗电程式自动运作,就能节省充电时间;

3.避免在高温环境下充电:由于热度会降低电池的效能,因此最好在室温状态下进行充电。

锂离子电池的充电迷思

Q: 第一次使用的新电池要充电8~12小时后才可以使用?

A: 早期的镍镉电池和镍氢电池的确需要充电8~12小时后再使用,不过现在的锂离子电池则完全无此必要,就算要把电池充满也只需花费约4小时左右的时间,而电池出厂时都已带有些许电量,若想把这些电量用至一定程度再进行充电亦可。

Q:电池必须用到完全没电才可以充电?

A: 之所以有这样的认知是来自于镍镉电池和镍氢电池,这两种充电电池在电力尚未完全用完就进行充电时会产生“记忆效应”,使电池的容量暂时减少,连带缩短使用时间,因此这两种电池必须先经过放电才能再次充电。但锂离子电池没有记忆效应的问题,任何时候都可以充电,若过度放电反而会对电池造成损害,缩短电池寿命。

Q:电池充满后继续充电会对电池造成损害?

A: 当手机充完电后继续接着充电器,此时的手机是经由电源直接供电,减少了电池的充电次数反而有利于延长电池寿命,但如果是接着电源玩游戏、讲电话,就有可能会因此导致手机过热而对电池造成影响。

iPhone 在电量低于20%时,会跳出视窗提醒使用者该充电了,因为电量过低会损害手机电池。

如何实现快速充电?

    充电器输出的“电压”与“电流”是决定充电效率的两大关键,每款手机充电器一定都会标示这两个资讯的数据,最常见的组合为“5V/1A”与“5V/2A ”,两者相乘得出的数值就是额定输出功率(充电器可正常且持续运作时的功率),在电池容量不变的情况下,输出功率愈大,充电的速度就会愈快,因此要实现快速充电的方式有三种:其一是电流不变,提升电压、其二为电压不变,提高电流,最后则是电压、电流均提高。

     这是否代表只要使用输出功率较高的非原厂充电器来充电就能达到快速充电的效果呢?其实这个说法是成立的,但这么做有可能会因为功率过高使得电池负荷过度,导致手机电池损坏,甚至使手机过热而烧坏;不过若在安全的负载范围内更换额定功率更高的充电器,的确是一种实现快速充电的方式。

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