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电池知识

电池不用咋没电?电池也有保质期?电池的保质期是多久呢?

来源:宝鄂实业    2019-04-24 19:43    点击量:

10月20日,市民李先生向记者反映,其购买的4节南孚电池放置了两年,取出用时竟然没电了,包装是完好的。李先生仔细看了外包装,发现电池已过期8个月。“只知道食品有保质期,的确没听说过电池也有保质期。”李先生说。

记者从西夏区工商分局了解到,电池是通过其内部的正负极发生化学反应的,正负极材料因为存在微量的杂质元素,时刻都在发生化学反应,耗费活性物质,电池存放时间长了,活性物质随之减少,电容量降落,也就会出现我们看到的弱电或者没电了。一般来说,普通电池的保质期为2年,碱性电池的保质期为3年,但很多消费者对此并不了解。工作人员提醒,消费者在购买电池时,要看清电池的生产日期和保质期,尽量选用近期生产的电池,不要购置无生产日期和保质期的电池。

清晨起床开始新一天的工作,你从充电器上拔下了电量满格的安卓手机并轻轻按下同步电子邮件的按钮。当你慵懒地洗完澡再来查看收到的邮件时,你忽然注意到手机的电量瞬间变回了90%——没看错吧?10分钟不到就消耗了10%的电量,这电池也太不给力了吧?!

是的,如今的智能手机用户普遍抱怨电池相对以前的手机太不给力,而事实也确实如此——几年前如果你在出差时偶然把S40手机落在家里,待到一周后回来你的手机仍会顽强地运行着。反观最新的智能手机,我们却很难见到待机时间超过两天的实例。

为什么会有如此大的落差呢?因为早期的手机通常只能打电话,而如今的手机却多出了收发邮件、浏览网页、GPS导航、浏览图片、欣赏视频等许多功能;早期的手机屏幕只是128x128的黑白小屏幕,现在的手机却能配备4.3寸的大彩屏——所有这些变化所带来的终极代价就是呈几何级上升的电量消耗。

有趣的是,电池充电技术的提升也加大了用户对电池的误解:早期的手机在充电保护设计方面存在明显的缺陷——当电池电量饱和后仅会减小输入的电量并始终保持电池处在最大充电状态。短期内而言,这种做法的确可以让电池的电量达到最高值,但长期保持在这种状态却会对电池造成损害。权威的电池网站Battery University对此的解释是:“电池保持在最大充电状态的时间要尽可能地短,否则电源输出的电压会加速电池的腐蚀,这种作用在温度较高的情况下尤其明显”。

之所以拔掉充电器后许多手机的电量会在短时间下跌10%,是因为现在的电池在充电时一旦电量达到100%充电保护功能就会生效——该功能会立即切断从充电器涌入的电量并让电池的电量自动慢慢消耗,直到电量下跌到90%左右时才继续再次开启充电的流程。大多数情况下你拔掉充电器的那一瞬间电池的电量也许正好是90%左右,那么看上去迅速掉电10%就很好理解了。也正因为如此,整晚对手机充电的意义其实并不大——那只不过会让你的电池不断经历充电、放电的循环而已。

为什么手机厂商会这么设计?因为可供他们选择的只有三个方案:

方案一:采用旧式充电技术,总是让电池电量维持在100%的最高值(早期的电池充电方案就是如此)。不过因为前面说过,这种不成熟的充电方式会损害电池、减少电池寿命,所以它现在已经被淘汰了。
方案二:使用新的充电技术并使用精确的电量统计功能(就像刚才蓝色数据线的电量统计方案)。
方案三:使用新的充电技术并使用不精确的电量统计功能(即现行的Android系统自带的电量统计方案)。

着重来讨论一下方案二和方案三,这其中方案二会让大量的使用者感到不安——因为没有哪个消费者愿意看到无论怎样将手机插在充电器上其电量最多却总显示90%左右,也就是总充不满。他们会在第一时间怀疑充电器或电池本身有问题。相比较而言方案三造成的拔掉充电器后迅速掉电的现象虽然也会被消费者注意到,但实际上真正会抱怨电池或充电器本身有问题的消费者会少得多,两害相权取其轻,这就是为什么采用方案三而不是方案二的原因。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。电池的内阻很小,我们一般用毫欧的单位来定义它。内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下,内阻小的电池的大电流放电能力强,内阻大的电池放电能力弱。

在放电电路的原理图上来说,我们可以把电池和内阻拆开考虑,分为一个完全没有内阻的电源串接上一个阻值很小的电阻。此时如果外接的负载轻,那么分配在这个小电阻上的电压就小,反之如果外接很重的负载,那么分配在这个小电阻上的电压就比较大,就会有一部分功率被消耗在这个内阻上(可能转化为发热,或者是一些复杂的逆向电化学反应)。一个可充电电池出厂时的内阻是比较小的,但经过长期使用后,由于电池内部电解液的枯竭,以及电池内部化学物质活性的降低,这个内阻会逐渐增加,直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来,此时电池也就“寿终正寝”了。绝大部分老化的电池都是因为内阻过大的原因而造成无使用价值,只好报废。因此我们更应该注重的是电池放出的容量而不是充入的容量。

一、内阻不是一个固定的数值麻烦的一点是,电池处于不同的电量状态时,它的内阻值不一样;电池处于不同的使用寿命状态下,它的内阻值也不同。从技术的角度出发,我们一般把电池的电阻分为两种状态考虑:充电态内阻和放电态内阻。

1.充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内阻。2.放电态内阻指电池充分放电后(放电到标准的截止电压时)所测量到的电池内阻。一般情况下放电态的内阻是不稳定的,测量的结果也比正常值高出许多,而充电态内阻相对比较稳定,测量这个数值具有实际的比较意义。因此在电池的测量过程中,我们都以充电态内阻做为测量的标准。

二、内阻无法用一般的方法进行精确测量或许大家会说,高中物理课上有教用简单公式+电阻箱计算电池内阻的方法……但物理课本上教的用电阻箱推算的算法精度太低,只能用于理论的教学,在实际应用上根本无法采用。电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。在一般的测量场合,我们要求电池的内阻测量精度误差必须控制在正负5%以内。这么小的阻值和这么精确的要求必须用专用仪器来进行测量。

三、目前行业中应用的电池内阻测量方法行业应用中,电池内阻的精确测量是通过专用设备来进行的。下面我来说说行业中应用的电池内阻测量方法。目前行业中应用的电池内阻测量方法主要有以下两种:
1.直流放电内阻测量法。根据物理公式R=U/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2~3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A~80A的大电流),测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。这种测量方法的精确度较高,控制得当的话,测量精度误差可以控制在0.1%以内。

但此法有明显的不足之处:(1)只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2~3秒钟内负荷40A~80A的大电流;(2)当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大;(3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。

2.交流压降内阻测量法。因为电池实际上等效于一个有源电阻,因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流(目前一般使用1kHz频率、50mA小电流),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100毫秒左右。这种测量方法的精确度也不错,测量精度误差一般在1%~2%之间。

此法的优缺点:
(1)使用交流压降内阻测量法可以测量几乎所有的电池,包括小容量电池。笔记本电池电芯的内阻测量一般都用这种办法。
(2)交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,同时还有谐波电流干扰的可能。这对测量仪器电路中的抗干扰能力是一个考验。
(3)用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。
(4)交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。

3.测试仪器的元件误差及测试用的电池连接线问题。无论是上述哪一种方法,都存在一些很容易被我们忽视的问题,那就是测试仪器本身的元件误差和用于连接电池的测试线缆问题。因为要测量的电池的内阻很小,线路的电阻就要考虑进去了。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻(大约也是微欧级),还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻,这些因素必须都在仪器的内部事先做好误差调节。所以,正规的电池内阻测试仪一般都配有专用的连接线和电池固定架子。

四、总结

很多老化的电池其实内部电量还是很多,只是内阻过大放不出电来,实在可惜。但电池的内阻一旦增加后,要想人为降低这个内阻值是难上加难。因此对于已经老化的电池,我们即使想出很多办法来“激活”它,比如大电流冲击,小电流浮充,放冰箱等,但大多无济于事,回天乏术。在了解了上述知识之后,我们基本可以知道,挑选电池要尽可能地挑选内阻较小的电池。另外很重要的一点,电池久置不用,其内阻也会不断增加。建议大家还是要经常使用电池来保持电池内部化学物质的活性。