了解一下镍氢充电器的一些问题

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了解一下镍氢充电器的一些问题 [复制链接]

    现在，虽然很多产品都使用锂电池，但作为通用型可充电电池的镍氢电池依然占据主导地位。为镍氢电池充电必不可少地需要用到充电器。



     目前主流的镍氢充电器主要是由交直流变换单元、充电控制单元、外部显示单元、外壳线路板接触件4大部分构成。
    交直流变换单元负责将220V交流市电转换成低压直流电，供充电器的低压电子线路使用，通常也被称为“电源”部分。目前，为了缩小体积、降低成本，基本都采用开关电源电路，按照设计的不同电源，有外置、内置电源之分。



      充电控制单元以专用控制芯片或单片机为核心。由于成本问题，目前家用级充电器以单片机为主，充电算法和检测算法由软件编程而定。不过，电压检测精度受单片机中模数转换器性能限制。充电器所使用的单片机的档次在相当程度上决定了该充电器的性能，当然，好的软件编程也很重要。
     外部显示单元是用户界面，用于充电器状态和数据的反馈，从简到繁，有发光二极管型、液晶屏图标显示型、液晶笔画屏数据显示型、液晶屏点阵数据显示型。外壳和接触部件属于金工部件，也是充电器最直接面对客户的部件，接触部件确保电池与充电电路接触良好。
     由于目前主流镍氢电池的特性不可能实现瞬时充满，而且如何正确检测并判断电池已经充满电也是一个在不断研究改进的课题。镍氢/镍镉电池的高级充电线路比锂电池充电线路复杂得多，也更具科技含量。

充电方法
      早期的镍镉镍氢电池采用小电流长时间的准恒流充电方法。该充电方法比较原始，充电时间很长，往往需要10～15小时，遇到高容量电池，需要时间则更长。这类充电器的电路十分简单，每路充电核心线路一般只要用1个二极管整流，再用1个电阻限流就可以了，最多再加上电容和指示灯。现在一些10元以下的廉价充电器多采用这类线路。随着用户对充电器自动化和效率要求的提高，这种充电方式基本被淘汰，只出现在廉价充电器中。

     理论上，充电器可以通过提升充电电流来减少充电时间，但电流并不能无限制地简单增加，因为随着充电电流与电池容量比的增加，电池在充电过程中的发热会非常明显，同时电池内部压力也会明显上升，这都对电池的寿命和充电安全都非常不利。过大的充电电流轻则加剧电池“冒盐”（电解液少量外泄的结果），重则在充电过程中电池爆炸。

     所以目前通用型充电器对镍氢电池的快速充电一般都建议以0.3C～1C的充电倍率（充电时间为3～1小时）进行。对于2C以上的超快速充电，一般只有特定的电池配合专用的充电器才能勉强保证安全。同时，电池发热问题依然会很明显。



      目前，国内市场上的主流中档充电器的充电电流基本是固定的，只有极少数高端产品才有手动设定充电电流的功能，所以用户选择余地不多。

发热问题
      在试验中人们发现，在快速充电中采用脉冲电流充电并夹有放电负脉冲的脉冲去极化充电，这种模式比单纯的恒流充电电池发热量要明显减少，这也意味着更高的充电效率（减少充电电能量转换为热能的浪费量）和安全性。脉冲充电的正负脉冲幅度和占空比控制形成了不同的充电算法，如何优化充电算法使充电器达到最佳的充电效率成为充电器生产厂家的技术核心之一。这也是同等充电速率的不同充电器充电时电池发热量不同的主要原因。
      外观雷同的充电器可能充电算法完全不同，要真实了解充电算法，需要借助示波器等专业测试仪器，普通用户最直观的感受就是充电以及结束时电池是否过热。
      电池充电时的发热问题首先要靠充电算法加以控制，其次，电池安装位置要具备适宜的通风散热自然条件。一些体积较大的充电器电池位置比较分开，底部留有通风槽的设计自然散热条件比较好。有的充电器设计采用风扇加强散热，虽然散热效率提高很多，但风扇工作噪声和风扇寿命需要有效控制。



     此外，电池在充电时的发热量与电池本身的内阻有关。实际情况中，有些电池虚标容量，使得实际充电电流容量比要比标称值高很多，所以发热也非常明显。

充电状态
      “充满自停”自动判断充电结束是现代主流充电器的基本要求，对电池充电状态的判断也一直是充电器设计的核心技术焦点。由于镍镉镍氢电池的固有充放电特性，所以通过简单测量即时电压只能判断电池放电耗用情况，不能像锂电池那样，仅凭达到固定电压来判断电池充电饱和状况。



     目前主流的家用镍镉镍氢电池充电器饱和判断法采用监控电压体制，最常用的就是大家常听到的--ΔV法（电压负增量法）来进行，高阶的产品附加0ΔV 法（电压零增量法）。

      由于不同厂家、不同衰老程度、不同品质电池的放电曲线差异很大，包括--ΔV特征幅度也大有不同，镍氢电池在充电结束时电压下降比镍镉电池小，需要更精密的检测。此外，一些久置不用的电池或者异常放电的电池会出现的“双峰效应”都会干扰-ΔV的检测。对-ΔV的电压检测幅度，不同厂家有自己的不同的标准，也关系到产品误判和漏判率。由此可见，要设计一部完全适应所有特性电池的充电器真的很难，很多产品应用了一些保守的做法以策安全。

     关于-产品-ΔV和0ΔV判断的准确性需要有仪器进行试验，同时与使用的充电电池也有很大关系，有些大厂家在充电器开发的时候会购买市面上各种档次和品牌的电池样品，进行不同程度的老化来做试验。在他们的试验室里，积存几百节充电电池并不是新鲜事。他们通过反复试验，得出数据，对控制软件加以改进，以增加充电器对各种电池的兼容性。一般的用户可以通过对比充电末期电池温度升高的程度来大致判断充满自停的准确性，如果电池温度明显升高，并几乎烫手，说明电池很有可能已经过充了。

相关认证

     此外，作为消费类电子产品，充电器应该符合相关的安规认证和EMC电磁兼容认证，一些小厂和山寨充电器在这方面比较欠缺。虽然这些认证对充电特性几乎不发生直接关系，但与产品的安全性能和对周围电子产品可能造成的电磁干扰息息相关。

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学习了！镍氢电池充电器坑多！