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PDA锂电池使用须知

发布时间:2011-08-30

电池类型
电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置。最早的电池我们可以追溯到两百年以前意大利物理学家伏打发明的伏打电池,它使人们第一次获得了比较稳定而持续的电流,具有划时代的意义。在伏打电池原理和研发精神的指引下,人们通过不断努力,开发了一代又一代的新型电池,从人们普遍使用的干电池到新型的太阳能电池、锂聚合物电池(Li-polymer)和燃料电池等等,不仅在电池容量、体积、使用方便程度等方面有很大突破,更重要的是在这些新型电池的研发过程中,渗透着人们强烈的绿色环保意识,电池的开发、发展正以绿色环保作为重要的指导精神。
在化学电池中,根据能否用充电方式恢复电池存储电能的特性,可以分为一次电池(也称原电池)和二次电池(又名蓄电池,俗称可充电电池,可以多次重复使用)两大类。
一次电池:又可分为普通锌锰(中性锌锰)、碱性锌锰、锌汞、锌空、镁锰和锌银六个系列。二次电池:主要有镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、碱锰充电电池和密封铅酸蓄电池等类型。
常用的电池类型有:镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、碱锰充电电池、锂聚合物电池、燃料电池以及密封铅酸蓄电池等。
PDA需要电池以维持正常运作,PDA使用锂离子电池或是碱性电池等作为其电源,使用碱性电池作为电源的PDA很少,绝大部分的PDA电源采用锂离子电池。

锂离子电池及充电机理

1、锂离子电池标称电压3.7V(3.6V),充电截止电压4.2V(4.1V),不同的电芯厂有不同的设计(锂离子电芯规范的说法是:锂离子二次电池)。
2、对锂离子电池充电要求(GB/T18287 2000规范):首先恒流充电,即电流一定,而电池电压随着充电过程逐步升高,当电池端电压达到4.2V(4.1V),改恒流充电为恒压充电,即电压一定,电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续逐步减小,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA,注意是mA而不是mAh,0.01C就是10mA。)当然,规范的表示方式是0.01C5A,我这里简化了。
3、为什么认为0.01C为充电结束:这是国家标准GB/T18287-2000所规定的,也是讨论得出的。以前大家普遍以20mA为结束,邮电部行业标准YD/T998-1999也是这样规定的,即不管电池容量多大,停止电流都是20mA。国标规定的0.01C有助于充电更饱满,对厂家一方通过鉴定有利。另外,国标规定了充电时间不超过8小时,就是说即使还没有达到0.01C,8小时到了,也认为充电结束。(质量没问题的电池,都应在8小时内达到0.01C,质量不好的电池,充下去也无意义)
4、怎样区别电池是4.1V还是4.2V:消费者是无法区分的,这要看电芯生产厂家的产品规格书。有些牌子的电芯是4.1V和4.2V通用的,比如A&TB(东芝),国内厂家基本是4.2V,但也有例外,比如天津力神是4.1V(但目前也是按4.2V了)。
5、把4.1V的电芯充电到4.2V会怎么样:会使电池容量提高,感觉很好用,待机时间增加,但会减短电池的使用寿命。比如原来500次,减少到300次。同样道理,把4.2V的电芯过充,也会减短寿命。锂离子电芯是很娇嫩的。
6、既然电池内有保护板,我们是否就可以放心了呢:不是,因为保护板的截止参数是4.35V(这还是好的,差的要4.4到4.5V),保护板是应付万一的,假如每次都过充,电池也会很快衰减的。
7、多大的充电电流算是合适的:理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等3天吧。国标规定的低倍率充电是0.2C(仲裁充电制式),还以1000mAh容量的电池为例,就是200mA,那么我们可以估计出这只电池5个多小时可以充饱。(容量mAh=电流mA×时间h)
国家技术监督部门鉴定锂电容量,是以1C的高倍率充电,以0.2C的低倍率放电,以时间计算出容量值,试验次数5次,有1次容量达到试验结束。(就是有5次机会,如果第一次试验就合格了,后面的4次不做)检测之前允许有一次预循环,就是以1C恒流充电至4.2V即停止,而没有后面的恒压到0.01C的过程,更不需要10几小时。
8、锂离子电池能承受多大的充电电流:厂家试验时可以很高,但国标高倍率规定为1C,还以1000mAh容量电池为例,1个多小时即可充满,这么大的充电电流,电池能承受吗?对于目前的锂离子电芯,是小意思而已。充电器一直执行的是邮电部行业标准YD/T998 1999/2,里面规定了充电器的电流不得大于1C。
9、寿命是怎样规定的:简单说是指电池经过N次1C充、1C放电后,容量下降到70%,此时的N就是寿命。并不是说300次还可以用,301次就不能用了。国标规定寿命不得小于300次。我们平时使用的条件没有检测时这么严酷,寿命会更长。

锂离子电池充电器的种类、质量和使用建议:

1、直充,直接插在PDA上的那种,我们习惯叫“火牛”。这种充电器随PDA有配,一般质量都不错,特点是即充即用,所以充电电流设计都较大(严格地说是PDA所控制的充电电流),充电时间短。有些PDA充满后有涓流补电,有些PDA充满后即截止。
对于直充的充电效果,还要看PDA,因为充电控制电路在PDA上,其截止电压有一定的离散性,我实际测量过一批PDA,基本在4.09V至4.21V之间。就是说如果4.09V截止了,还没充满,不是最理想的容量,再继续充一段时间可能会更饱些。注意,PDA的涓流补电电流也有一定的离散性,如果补电电流大了,就变成充电了,时间长了,对电池也是有损害的;假如充坏了电池,造成漏液等,还有可能损坏PDA,所以建议大家如果真想补电,应控制在2小时以内,总时间不要超过8小时。
我的看法是,锂电很娇气,充饱够用即可。每次少用一会,寿命延长半年,和每次多用一会、少用半年,自己可以衡量。

2、座充,是有两个槽位,前面可放PDA,后面放电池的,需要和火牛配合使用。PDA原装的座充一般质量较好,许多具有“智能”,基本上能做到恒流恒压充电,并在充电结束后有一个涓流补电的过程。有些虽然没有做到恒流恒压的过程,但电流电压等参数控制准确,也是不错的。
所谓智能,其实很简单,例如MOTOROLA的电池,内部有一个芯片(只读存储器ROM),固化了一些编码,电池插入充电器后,充电器读出编码,就知道是何种电池,执行相应的充电过程,一切都是出厂配置好的(不同型号,不同容量,供应不同地区,甚至配不同牌子电芯的,编码都不同)。打个简单的比喻,我喊1,你们就按第一方案执行,我喊2,你们就按第二方案执行,我什么都不喊或我喊3,但事先没和你们约定好,就拒绝执行,现象就是充电器红灯闪烁,不能充电(在PDA上就显示非认可电池)。并不是大家想象的,有单片机CPU控制。
“智能”还体现在另外一些方面,就是电池的NTC(热敏电阻)和标准电阻,不同的电池由不同的标准电阻与充电器构成回路,来决定充电电流的大小,而在充电电流决定后,又根据不同的环境温度,由热敏电阻和充电器构成另外的回路来调整充电电流的大小(有些电池只有热阻,有些电池只有标阻,而有些电池两个都有)。例如某型号的电池,薄电和厚电的容量不同,最佳的充电电流也应该不同,因此这两只电池的标准电阻是不同的,这样充电器就“知道”为薄电给多大的充电电流,为厚电给多大的充电电流。其实主动权还在电池一方,充电器只不过和电池构成了个回路而已。同样道理,当充电温度变化时,热敏电阻的阻值发生变化,与充电器构成回路来调整充电电流大小,保护电池,避免过热。
现在你该知道为什么电池上和座充的电池槽位上各有一排五金接触片了吧。同样,你也会知道一个合格的电池应该做到什么了吧?有时候不能全靠充电器,电池做的不好,充电器也发挥不了作用。目前许多国产电池将NTC用普通电阻代替以降低成本,失去了电流调整的作用,还有设计选材不合理等等,选择还需慎重。
PDA原装座充的涓流补电电流一般控制的比较准,在充电器转为绿灯后补电2小时即足够了。对于锂电,达到电芯应该达到的容量够用即可,多充无益。

座充就应该严格遵循:恒流、恒压的充电过程的。市面上座充大概可分为几类:
A、恒压,不涓流补电:电池充到4.2V即截止,没有一个涓流的过程,实际没有充饱。为了充饱,有些座充设计就把截止电压改到4.25V以上,更有的设计干脆等电池的保护板截止。如此充电,不需要过充,电池自然充的很饱,你也一定会对此座充满意,但你的电池寿命已经减少了。
B、恒压,用固定涓流补电:充到4.2V截止,用一个固定的电阻“漏”些电流出来,这个涓流因是固定的,插上电池就有,永远不会停止。据我测量一般在30至50mA左右。用这种充电器,刚转绿灯时没充饱,继续补电2小时左右比较理想;但继续充久,涓流充电过了,对电池没好处。
C、恒压,所谓的智能脉冲型:电池充到4.2V截止,然后用脉冲电流涓流补电。这种属高档型,设计思路很好,成本高一些;只要产品争气,设计和生产的一致性和稳定性好,就没有什么问题。如果脉冲电流太大(有的50至100mA),脉冲过密,就又相当于充电了;再贵,如此就还不如用B。
值得注意的是,有些座充为追求火牛直充的快速效果,设计的充电电流偏高,接近1C,对于这种座充,虽然没有违反行业标准,但也不能一概以“座充是小电流慢充”的概念来认识。 当然,还有为了追求“充电效果”,搞“过充加涓流补电”、“过充加脉冲”、“快速加过充加补电”的,他们追求的是给使用者留一个好印象,等用户的电池很快不行了,基本不会怪罪充电器,顶多归罪于电池:破电池,才用半年!
选座充,最好有一个数字万用表,把空电池插入充电,串入万用表量充电电流,在250至350mA范围内比较合适;等充电器转绿灯后,马上拿下电池量电压,在4.15至4.20之间比较正常;转绿灯后再串入万用表观察电流,在30至50mA范围内比较合适。如能选出这样的PDA座充,包你使用没问题。
需要说明的是:了解了原装座充智能的实现方法,对智能也不用太神秘太追求了。产品参数都有一定的离散性,有些PDA座充截止电压超过4.2V,但只要不超过4.25V,是允许有一定误差的,对电池有影响,但影响不大(我测量过MOTOROLA原装座充,最高的有4.23V)。

3、旅行充,简单地说就是把火牛和座充的电池充电部分合为一体,放上一只电池,直接插入交流电源充电,和直接插PDA充电的火牛不同。特点是使用方便,不必像座充要准备两样东西;即使出问题也不会殃及PDA。
早期的旅行充电源部分只是简单的电容降压电路,容易出故障也不安全。目前的旅行充基本都是开关电源了,稳定性不错。用户在充电完毕后,应把旅行充从交流电上拔下。

 充电建议:对于直充,充满加2小时;对于座充,充满加2小时;对于旅行充,充满加1小时。总之,没必要充电14小时,即使新电池,只要是锂电,也没有所谓 “激活”的概念。

我的充电方式:找能过充的充电器,把电池充到4.25V以上,以延长每次充电后的使用时间;电芯坏了就换,我追求的是待机时间,不是电池寿命。你们呢?大家可以自由选择。

锂电芯和PDA电池的生产过程

锂电芯的生产过程,不说前面的材料制备、卷绕、注液、封装等流程,只说与我们有联系的最后化成、分容的过程。
封装好的锂电芯每只都卡入像立柜式的分容柜上,电芯厂这样的立柜很多,一排排的,每个柜子上可以放几百只电芯,即几百个检测点。实际上这些柜子就是像充电器一样的东西,只不过它可以同时为大量的电芯充电,并通过电脑管理得到每一个检测点的数据。锂电芯在这里化成得到容量,并知道容量的大小,就是分容。通过分容,确定了电芯的等级,比如说063048,达到700至750mAh的算A级,而仅达到650至700mAh算B级。那么今后A级的就可以多卖几块钱,而B级的就可以低价卖出,C级就可以廉价卖给专门加工垃圾电池的“山寨”厂(当然,确定等级还要看内阻等指标)。从这一点我们可以看出,锂电芯生产出来是“有电”的,并不是有些人认为的处于“没电”的状态,而需要在使用前“激活”。
生产出的锂电芯是不能马上销售的,应该入库最少保存15天,在这个期间,有些内在的弊病就表现出来了,比如说自放电过大等等,在库里达到保存期限的电芯,在得到订单后,再拿出来再次检测再次分容,就是说再次充放电,把容量达不到等级,或质量出现问题的淘汰掉,然后以保持50%左右的电量交给销售部门,最后到电池块组装厂手中。从这一点我们又可以看出,电芯出厂时是“有电”的。
电池组装厂一般都具备分容设备,只是规模没有电芯生产厂那么庞大,在收到电芯厂的电芯后,为了避免被电芯厂欺骗和对消费者负责,把即将用于电池组装的电芯再次分容,通过这个过程,总可以挑出一些不符合要求的电芯,与电芯厂退换。很明显,电芯又经过了充放电,是“有电”的。所以有些客户拿到电池就有两格电,是正常的。
经过这些过程的电池,没有什么“激活”的概念。
有些原装电池刚买时不能开机,有几个原因,一是保护板死锁,电池没有输出电压,这样的电池在瞬间充电后就恢复电压,马上就“有电”了,这到是激活。再有就是放置时间太长,因为原装PDA电池几乎不是PDA厂生产的,电池从生产出到与PDA配套再到消费者手中,可能时间比较长,此时电芯的电压低到了2.5V以下,而保护板的下限截止电压是2.5V,此时电池没有输出,但并不证明电芯没有电,电芯在2.2V以上,还是“活”的,对于这样的电池我们拿来正常充电使用就是了。
锂电芯在充放电20-50次时会有一个百分之几的容量衰减(大的甚至达到6%左右),然后容量才会稳定。
新PDA拿到手时,经常尝试功能设置,学习使用,不停地把玩,虽然没运行软件,但此时的耗电也是很惊人的。所谓惊人是相对于纯粹待机时使用的电量。等过了几天,PDA不再新鲜了,电也就省下了,感觉到电池好用了。

“新电池激活,充电12-14小时”误解的更正

在许多论坛,都看到这样的说法,似乎已经成为了经典。但真理如果离开的特定的条件,就变成了谬误。
1、12-14小时的由来:第一代的镍镉电池,是需要小倍率充电的,一般建议充电电流1/10C,比如你的电池容量是600mAh的,那么1C就是600mA,1/10C就是60mA。因此,充满电需要10多个小时,对于镍镉电池,小倍率充电有好处。
2、目前PDA所配的电池情况:主流PDA基本上都是锂离子电池,在我们周围好像找不出用镍氢电池的PDA了。
3、锂离子电池的知识:我们只说容量一方面。衡量一个锂离子电池的容量有两个检测方法:1C充、0.2C放;0.2C充、0.2C放,不管用什么充电制式,都应该达标。因为锂离子电池已经不同于以前的镍镉电池了,1C的高倍率充电已经可以平常接受。一个600mAh的电池以1C充电,1小时左右应该充饱了,即使很多PDA直充都是0.5C-0.8C充电,12-14小时也是无稽之谈。
以GB/T18287 2000国家标准所规定的,当恒流充电至4.2V,转恒压,当电流下降到0.01C时即认为充电终止。例如充电器充电电流是0.5C,充600mAh的电池,2小时左右充电电流会降到6mAh,此时认为已经充饱。
其实对镍氢电池,国家标准也已经规定了高倍率充放电的指标,这里不多谈。
4、什么算“激活”?锂离子电池本身就是“活”的,假如设计容量600mAh,充电2小时就饱了,然后放电可以得到容量600mAh,设计的容量达到了就可以了;技术监督部门执行国家标准,检测容量是用1C充电的,然后放,5次中有一次容量达到算合格。 所以新电池正常使用正常充电即可,不用担心“激不活”。
那充14小时是不是可以延长时间呢?绝对是,但那是过充,是在压榨电芯,过充会缩短锂电芯的使用寿命。如果想延长使用时间,正确的做法是采用新型大容量的电芯,改进电池产品,而不是压榨现有的电芯。

 

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