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      廣數電氣技術有限公司

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      快充技術的原理及應用


            能在15h內使蓄電池達到或接近完全充電狀態的一種充電方法。常用于牽引用蓄電池需要在較短時間內恢復完全充電狀態時的充電。蓄電池的正常充電耗時約1020h,如何能快速充電而不損害蓄電池的性能和壽命,是人們關注的熱門研究課題。

          電路特點

      1、輸出電壓設定好后(例如36V),若被充電瓶極板脫落斷開,造成某組電池不通,或出現短路,則電瓶端電壓即降低或為零,這時充電器將無輸出電流。

          電動車快速充電站

      2、若被充電瓶電壓偏離設定電壓,如設定電壓為36V,誤接24V12V6V電瓶等,充電器也無輸出電流,若設定為24V誤接為36V電瓶,由于充電器輸出電壓低于電瓶電壓,因而也不能向電瓶充電。充電器兩輸出端若短路時,由于充電器中可控硅SCR的觸發電路不能工作,因而可控硅不導通,輸出電流為零。

      3、若使用時誤將電瓶正負極接反,則可控硅觸發電路反向截止,無觸發信號,可控硅不導通,輸出電流為零。

      4、采用脈沖充電,有利于延長電瓶壽命。由于低壓交流電經全波整流后是脈動直流,只有當其波峰電壓大于電瓶電壓時,可控硅才會導通,而當脈動直流電壓處于波谷區時,可控硅反偏截止,停止向電瓶充電,因而流過電瓶的是脈動直流電。

      5、快速充電,充滿自停。由于剛開始充電時電瓶兩端電壓較低,因而充電電流較大。當電瓶即將充足時(36V電瓶端電壓可達44V),由于充電電壓越來越接近脈動直流輸出電壓的波峰值,則充電電流也會越來越小,自動變為涓流充電。當電瓶兩端電壓被充到整流輸出的波峰最大值時,充電過程停止。經試驗,三節電動車蓄電池36V12V/12Ah三節串聯),用該充電器只需幾個小時即可充滿。

      6、電路簡單、易于制作,幾乎不用維護及維修。

          快充技術的原理及應用

            一般來說手機的電力耗盡,充滿電的時間約在3小時以上,其實時間已經不算長了,但若是有急用的人就會覺得這段時間相當漫長,以前的解決方式是隨身攜帶行動電源,在沒電時直接接上充電即可;不過現在發展出快充技術,只需要30分鐘就能充滿一半以上的電量,大幅縮短充電時間。到底何謂快充技術?目前已有哪些快充技術?本篇文章將一一解析快充技術的原理及應用。

      認識手機電池

            在介紹快充技術之前,先來認識一下讓手機能正常使用的“電池”,手機電池在眾多的電池種類中屬于可重復充放電的“鋰離子電池”,也被稱為“二次電池” ,雖然一般人常將鋰離子電池直接以“鋰電池”稱之,但實際上鋰電池指的是不可重復充放電的一次性電池,兩者的性質完全不同。

      鋰電池(Lithium Battery)以鋰金屬或鋰合金為負極材料并使用非水電解質溶液,由愛迪生所發明,之后人們利用不同的材料去制造出多種電池,也被廣泛地應用在電子產品上。鋰離子電池(Lithium-ion battery)是靠鋰離子在正負極之間的移動來進行充放電,放電時,鋰離子離開負極進入正極而產生電流,充電時鋰離子則反向移動,從正極進入負極還原成可以再度放電的狀態。

      鋰離子電池標示的意義

            符合安全標準的鋰離子電池一定會在電池上有著清楚的資訊標示,所以使用者也得要對這些標示有基本的了解,才能看懂它們所要表達的意義。在電池上可能會出現的標示有:A(安培)是電流;V(伏特)是電壓;W(瓦特)是電功率,由電壓與電流的乘積而來;Wh(瓦時)是一個小時內電池可釋放出的電量。電池的容量是以Ah(安培小時,簡稱安時)或mAh(毫安時)來表示,其中的h 是時間,m 代表縮小一千倍的單位,由于手機電池的容量很小,所以用mAh為單位,計算公式為mAh = mA(毫安培)x H(時間)。

           舉例來說,一個標示2000mAh 的電池,電流為200mA,意思就是電池的使用時間約10小時,不過實際上電池有自放電損耗的因素存在,電池存放時間長就會影響使用時間,因此電池用盡的時間若少于標示時間屬于正常現象。

      手機電池的充電原理

           當手機要負擔的工作增加,表示電池的消耗速度也會變快,本來充飽的電池可能出門一趟沒多久的時間,電量就只剩下一半,雖然現在的手機電池容量愈做愈大,但還是難以抵擋消耗的速度,更別提要將大容量電池充滿電所花費的時間也會成正比延長,急著出門卻發現手機電池沒充滿的情況也相當常見,因此提升手機的充電速度便是最直接的方式。首先來簡單說明電池的充電原理,一個電池在正常使用的狀況下會耗損電力,這個過程稱之為“放電”,放電到一定程度后就得透過充電器為手機“充電”來回復電力。

             電池充電的過程可分成三階段:小電流充電(Trickle Charge,簡稱TC)、定電流充電(Constant Current,簡稱CC)、定電壓充電(Constant Voltage,簡稱CV);因為充電器輸出的電壓比電池高,故電流會自高電壓處流向低電壓處,而當電池有過放電現象時,由于電壓偏低,因此必須先用小電流充電至一定的電量后再進入定電流充電模式,這樣會使電池的電壓逐漸上升,升高至一定數值后則轉換成定電壓充電模式,此時的電流會慢慢變小,最后達到充飽電的狀態。

      非技術性的快速充電技巧

            在快速充電技術尚未發展前,其實就可以透過一些小技巧來達到快速充電的效果,雖然跟真正的快速充電技術比起來根本微不足道,但對于有需要的人也算是不無小補。

      1.關機充電:手機在完全沒有損耗電量的情況下能夠加快電池充滿的速度;

      2.關閉不必要的功能:關閉3GWi-FiGPS 定位、藍牙等功能,或是禁止一些非必要的耗電程式自動運作,就能節省充電時間;

      3.避免在高溫環境下充電:由于熱度會降低電池的效能,因此最好在室溫狀態下進行充電。

      鋰離子電池的充電迷思

      Q: 第一次使用的新電池要充電8~12小時后才可以使用?

      A: 早期的鎳鎘電池和鎳氫電池的確需要充電8~12小時后再使用,不過現在的鋰離子電池則完全無此必要,就算要把電池充滿也只需花費約4小時左右的時間,而電池出廠時都已帶有些許電量,若想把這些電量用至一定程度再進行充電亦可。

      Q:電池必須用到完全沒電才可以充電?

      A: 之所以有這樣的認知是來自于鎳鎘電池和鎳氫電池,這兩種充電電池在電力尚未完全用完就進行充電時會產生“記憶效應”,使電池的容量暫時減少,連帶縮短使用時間,因此這兩種電池必須先經過放電才能再次充電。但鋰離子電池沒有記憶效應的問題,任何時候都可以充電,若過度放電反而會對電池造成損害,縮短電池壽命。

      Q:電池充滿后繼續充電會對電池造成損害?

      A: 當手機充完電后繼續接著充電器,此時的手機是經由電源直接供電,減少了電池的充電次數反而有利于延長電池壽命,但如果是接著電源玩游戲、講電話,就有可能會因此導致手機過熱而對電池造成影響。

      iPhone 在電量低于20%時,會跳出視窗提醒使用者該充電了,因為電量過低會損害手機電池。

      如何實現快速充電?

          充電器輸出的“電壓”與“電流”是決定充電效率的兩大關鍵,每款手機充電器一定都會標示這兩個資訊的數據,最常見的組合為“5V/1A”與“5V/2A ”,兩者相乘得出的數值就是額定輸出功率(充電器可正常且持續運作時的功率),在電池容量不變的情況下,輸出功率愈大,充電的速度就會愈快,因此要實現快速充電的方式有三種:其一是電流不變,提升電壓、其二為電壓不變,提高電流,最后則是電壓、電流均提高。

           這是否代表只要使用輸出功率較高的非原廠充電器來充電就能達到快速充電的效果呢?其實這個說法是成立的,但這么做有可能會因為功率過高使得電池負荷過度,導致手機電池損壞,甚至使手機過熱而燒壞;不過若在安全的負載范圍內更換額定功率更高的充電器,的確是一種實現快速充電的方式。

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