1  电池的定义

　　如果电池仅定义为能量储存系统，则其有可能包括飞轮和时钟发条等元件。在现代技术中电池的更定义为：能够产生电能的便携、独立化学系统。 电池，又叫不可充电池或原电池，从电池单向化学反应中产生电能。原电池放电导致电池化学成分和不可逆的改变。但可充电池，又叫二次电池，可在应用中放电，也可由充电器充电。所以，二次电池储存能量，而不是产生能量。 充电和放电电流（安培）通常用电池额定容量的倍数表示，叫做充电速率（C-rate）。例如，对于额定为1安时（Ah）的电池，C/10的放电电流等于1Ah/10 = 100mA。电池的额定容量（Ah或mAh）是电池在特定的条件下完全放电所能储存（产生）的电能。因此，电池的总能量等于容量乘以电池电压，单位为瓦时。

　　2  电池性能的测试

　　电池的化学成分和设计共同限制了输出电流。若没有实际因素限制性能，电池瞬时可以输出无穷大电流。限制电池输出电流的主要因素是基本化学反应速率、电池设计，以及进行化学反应的区域。某些电池本身具有产生大电流的能力。如镍镉电池短路电流可大到足以融化金属和引起火灾。其它一些电池只能产生弱电流。电池中所有化学和机械总效应可用一个数学因数表示，即等效内阻。降低内阻可获得更大电流。 没有电池能储存能量。电池不可避免要进行化学反应并缓慢退化，导致储存电量减少。电池容量与重量（或体积）之比称为电池的能量密度。高能量密度意味着在给定体积和重量的电池中可存储更多能量。

　　下表给出了个人电脑和蜂窝电话中可充电池的主要化学成分，以及其额定电压和能量密度（以瓦时每千克，或Wh/Kg表示）。

表1. 常用可充电电池化学成分的能量密度

表2. 常用可充电电池化学成分的特性

　　若和二次电池都能达到同样目的，为什么不总是选择二次电池呢？原因是二次电池有以下缺点：

　　a 实际中，所有二次电池能量都会因自放电较快的损失

　　b 二次电池使用前必需充电

　　3  电池充电

　　一个新的可充电电池或电池组（一个电池组中有几个电池）不能保证已充满电。事实上它们很可能已被完全放电。因此，首先要根据制造商提供的、与化学成分相关的指南，对电池/电池组充电。 每次充电要根据电池化学成分按顺序施加电压和电流。因此，充电器和充电算法需满足不同电池化学成分的不同要求。电池充电常用术语包括：用于NiCd和NiMH电池的恒流（CC），和用于锂离子和锂聚合物电池的恒流/恒压（CC/CV） 。

图1. 半恒流充电，主要应用于剃须刀，数字无绳电话和玩具

图2. 定时器控制充电，主要应用于笔记本，数据终端，无线设备和蜂窝电话

图3. -DV终止充电方式，主要应用于笔记本，数据终端，摄录像机，无线设备和蜂窝电话

图4. -dT/dt终止充电方式，应用于电源设备和电动工具

图5. 涓流充电，主要应用于应急灯，导引灯和存储器备份

表3. 充电方式

表4. 不同化学成分电池充满的判据

　　如上所示，电池化学成分和充电技术不同，充电终止的判定条件也不同。

　　3.1 镍镉电池充电

　　在0.05C至大于1C的范围内对NiCd电池恒流充电。一些低成本充电器使用温度终止充电。虽然简单、成本低，但这种充电终止方法不。更好的方法是通过检测电池充满时的电压跌落终止充电。对于充电速率为0.5C或更高的NiCd电池，-ΔV方法是有效的。-ΔV充电终止检测应与电池温度检测相结合，因为老化电池和不匹配电池可能减少ΔV。 通过检测温升速率（dT/dt）可以实现更的满充检测，这种满充检测比固定温度终止对电池更好。基于ΔT/dt和-ΔV组合的充电终止方法可避免电池过充，延长电池寿命。 快速充电可改善充电效率。在1C的充电速率下，效率可以接近1.1 （91%），充满一个空电池的时间为1小时多一点。当以0.1C充电时，效率便下降到1.4 （71%），充电时间为14小时左右。 因为NiCd电池对电能接收程度接近100%，所以几乎所有的能量在充电开始的70%期间被吸收，而且电池保持不发热。超快速充电器利用该特点，在几分钟内将电池充到70%，以几C的电流充电而无热量产生。充到70%后，电池再以较低速率继续充电，直到电池充满。以0.02C至0.1C的涓流结束充电。

　　3.2 镍氢电池充电

　　尽管NiMH充电器与NiCd充电器类似，但是，NiMH充电器采用ΔT/dt方法终止充电，这是到目前NiMH电池充电的办法。NiMH电池充电结束时电压下降比较小，而对低充电速率（低于0.5C，这取于温度）可能不出现电压下降。 新的NiMH电池会在充电周期内过早地出现错误峰值，这会导致充电器过早结束充电。此外，单用-ΔV检测结束充电几乎肯定会出现过充，导致在电池失效前限制充放电次数。 似乎没有在所有条件下（新或旧，热或冷，全部或部分放电）都适用的NiMH电池的-dV/dt充电算法。因此，除非NiCd充电器使用了dT/dt方法终止充电，否则不能用NiCd充电器为NiMH电池充电。而且，因为NiMH电池不能很好的吸收过充，所以，涓流充电电流比NiCd电池小（约0.05C）。 NiMH电池的慢充比较困难。因为以0.1C至0.3C的速率充电时，电压和温度的变化不能准确指示电池已充满。因此，慢速充电器必须依靠定时器来决定何时结束充电。以此，为保证NiMH电池充满，应以接近1C的速率（或电池制造商指定速率）快速充电，同时监控电压（ΔV = 0）和温度（dT/dt）来确定何时结束充电。

　　3.3 锂离子和锂聚合物电池充电

　　镍基电池充电器限制电流，而锂电池充电器则需同时限制电压和电流。初的锂电池充电电压限制在4.10V/节。电压越高意味着容量越大，现在可以通过增加化学添加剂实现4.20V电池电压。当前的锂离子电池一般充电到4.20V，容差为±0.05V/节。 当端电压达到电压阈值并且充电电流降至0.03C （约Icharge的3%，参考图6）时表明电池已充满。多数充电器达到满充的时间约为3小时。尽管某些线性充电器声称Li+电池充电只需约一小时，但这类充电器通常在电池端电压达到4.2V时就终止充电，这种方法只能将电池充到其容量的70%。

图6. 恒流、恒压充电，主要用于蜂窝电话，无线设备和笔记本电脑。

　　较高的充电电流并不会使充电时间缩短太多。较高的充电电流能较快达到电压峰值，但是浮充需要较长时间。通常，浮充时间是初始充电时间的两倍。