電池是将氧化還原反應的化學能轉化為電能的裝置。特點就是電極上反應物得失電子，通過外電路流動，進而便出現了電流。正負極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運動形成的。正極負極指電位高低，陰極陽極指得失電子。得電子的電極發生還原反應是陰極，失電子發生氧化反應是陽極。充電和放電正負極不變，而陰陽極會反向。

　　電池在充放電工作中可以控制電流，端電壓在充放電過程中不是恒定的，而是在額定值範圍内上升與下降。在過充電情況下，大部分能量轉化為熱量損失或發生對電池有害的副反應；在過放電情況下，電壓下降到末端電壓或終止電壓以下，會對電池造成損害。

　　放電過程 負極上的電化學勢能有利于将電子釋放到外部電路中，并将帶正電荷的離子釋放到電解質中。正極上的電化學勢能有利于接受外部電路的電子和電解質的正電荷離子的化學過程。産生的電池端子間的壓或電位差稱為電池電壓或電動勢。隻有當電子和帶正電荷的離子從負極移動到正極時，這種儲存的勢能才能被釋放并轉換為有用的功。電解質為正離子運動提供了一種始終可用的介質，但隔膜阻止了電池内的電子運動（從而防止了内部短路）。為了使電子移動，必須完成一個外部電路，電子連接正極。當一個電路完成，電池放電并将所儲存的化學勢能轉換為電能

　　充電過程 一次電池利用兩個電極之間的電勢差産生電勢差，從而使電子流動以産生電流。但一次電池中電化學反應是不可逆的，在放電過程中，化合物被永久地改變，電能被釋放出來，直到原始化合物完全耗盡。因此，一次電池隻能使用一次。 二次電池又稱為充電電池或蓄電池，是指在電池放電後可通過充電的方式使活性物質激活而繼續使用的電池。利用化學反應的可逆性，可以組建成一個新電池，即當一個化學反應轉化為電能之後，還可以用電能使化學體系修複，然後再利用化學反應轉化為電能。市場上主要充電電池有鎳氫電池、鎳镉電池、鉛酸（或鉛蓄）電池、锂離子電池、聚合物锂離子電池等。

　　充放電指标荷電狀态與放電深度 電池或者單體電池的荷電狀态(SOC)是指某個指定時刻，其可用電荷量與滿充狀态下可用電荷量的比值。SOC以百分數的形式表示，100%表示荷電狀态為滿，0表示荷電狀态為空。電池SOC的評估方程通常以電量表方程的形式表示。單體電池或電池的放電深度(DOD)用于衡量已釋放電荷量。它以A·h形式表達。DOD同樣可以用百分比的形式表示，鉛酸電池通常就是用百分比來表達其DOD。将DOD以A·h形式表達更為有用，這樣荷電狀态(SOC)(以百分比表示)和DOD(以A·h表示)組合與兩項指标都用百分比表示相比能夠傳遞更多信息。這對于實際容量大于其标稱容量的電池來說尤為明顯的(例如，标稱為100A·h，實際為105A·h)。當一個額定容量為100A·h的電池釋放了100A·h的電荷量，SOC将會變為0，此時，電池的DOD則可表示為100%或者100A·h。但是如果想将電池全部電荷量都釋放出來，但此時電池的SOC仍舊隻是0（因為SOC不能為負值），同時以百分比标注的電池DOD也隻能為100%（因為以百分比标注的DOD不能高于100%）。然而，若以A·h表示那麼此時DOD将會變為正确的105A·h。知道電池的DOD為105A·h比知道它達到100%更為有用，這是因為即使電池的DOD達到了100%，仍舊可以從中釋放電能。用A·h表達DOD的另一個重要原因是電池的放電深度與其放電速率無關。

　　電池的充電與放電動力學可通過測量恒流充放電下的電壓來表征。充電與放電倍率的測定與電池容量C相關。例如，5Ah電池0.1C放電倍率電流為0.5A，10Ah電池2C放電倍率電流為20A。

　　圖(一)

　　圖二給出了電池在低倍率、中等倍率及高倍率下放電的代表性曲線。由于電流倍率是恒定的，可以繪制電壓響應與DOD曲線。低倍率曲線近似平衡電池（或開路）電勢。最佳開路電勢曲線在寬範圍DOD内是平的，因此電池電壓在放電時基本是恒定的，簡化了電壓調整電路的設計與降低了其成本。中等倍率放電曲線向下變化是由于在整個DOD中的歐姆損耗，在低DOD時的電荷遷移動力損耗，高DOD時的傳質限制。高倍率放電證明電壓下降很快，因此隻有部分容量可在高倍率放電時被利用。

　　圖(二)

　　比能量與能量密度 比能量是電池的存儲能量(Wh)除以電池的質量(kg)。理論容量(Ah/g)基于參加電化學反應的活性材料的質量。理論容量與電壓相乘得到理論比能量(Wh/kg)。鉛酸電池比能量最低，為166Wh/kg，鎳氫電池為250Wh/kg。锂離子電池理論上會産生更高的410Wh/kg的比能量。在實際中，雖然沒有任何化學物質能夠達到它的理論電勢。但锂離子電池仍具有最高的比能量150Wh/kg，幾乎為理論值的1/3。鎳氫電池在實際中為75Wh/kg，也大約為理論值的1/3。鉛酸電池僅為理論比能量的14%，為35Wh/kg。具有400Wh/L高能量密度的锂離子電池比鎳氫電池和鉛酸電池分别高1.7 倍和5.7倍。顯然在易受重量和體積影響的應用場合，例如混合動力汽車等，锂離子電池有優勢。

　　表：鉛酸電池。鎳氫電池和锂離子電池的性能比較

　　拉貢圖 拉貢圖是功率密度與對應能量密度的對數關系圖，用來比較儲能裝置的性能。

　　圖(三)

　　從上圖中我們可以直觀地了解以下幾個信息：(1)不同電源的能量密度、功率密度的範圍；(2)功率密度越大，能量密度越小；(3)充放電時間越短，功率密度越大，能量密度越小。比功率(W/kg)與功率密度(W/L)是電池放電性能很好的統計量。圖三給出了锂離子電池具有最高的比功率和功率密度，其次是鉛酸電池，鎳氫電池最小。然而鎳氫電池的放電曲線最平，接下來是放電曲線斜率更大的鉛酸電池和锂離子電池。

　　充放電模式 充電機控制充電時電流或電壓，不能同時控制。電流與電壓的關系由電池阻抗決定。充電通常由恒流(CC)充電與恒壓(CV)充電階段組成。圖四給出了一個鉛酸電池CC-CV充電曲線。最初，電池處于低 SOC，恒流充電使電壓升高至恒壓等級。如果在初始狀态進行恒壓充電，電流會很高，導緻發生副反應或溫度過高。當達到預設電壓，充電機轉換至恒壓模式，電流減小以便電池達到100%SOC。均充就是恒大電流充電，目的一是當電池放電後，快速補充電能，二是當個别電池電壓有偏差，消除偏差，趨于平衡所以也叫快充、強充。浮充就是恒壓小電流充電，目的一是防止電池自放電，二是增加充電深度，另外，均充、浮充之間的轉換是由監控模塊自動控制的。蓄電池組均充就是采用恒流充電，充電快，持續時間短；浮充是對電池恒壓充電，持續時間長，充電慢。更多的精密充電機使用不同電流與電壓等級的複合恒流與恒壓流程，記錄電流-時間線圖，附加的傳感器(如溫度與壓力)将電池的潛在損害降至最低，并使電池壽命、安全性及效率最大化。快速充電控制器可以使用大電流充電，但要在過度放氣、壓力或溫度升高發生前利用反饋切斷充電電流。

　　圖(四)

　　充電步驟 階段1∶清流充電—清流充電用來先對完全放電的電池單元進行預充（恢複性充電）。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)；

　　階段2∶恒流充電—當電池電壓上升到涓流充電阈值以上時，提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C 之間。電池電壓随着恒流充電過程逐步升高，一般單節電池設定的此電壓為3.0-4.2V；

　　階段3∶恒壓充電—當電池電壓上升到4.2V時，恒流充電結束，開始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度，随着充電過程的繼續充電電流由最大值慢慢減少，當減小到0.01C時，認為充電終止.(C是以電池标稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。)；

　　階段4∶充電終止—有兩種典型的充電終止方法∶采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結合)。最小電流法監視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流減小到0.02C至0.07C範圍時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時，持續充電兩個小時後終止充電過程。

　　上述四階段的充電法完成對完全放電電池的充電約需要2.5至3小時。高級充電器還采用了更多安全措施。例如如果電池溫度超出指定值（通常為0℃至45℃），那麼充電會暫停，充電結束後，如檢測到電池電壓低于3.89V将重新充電。

　　鉛酸電池、鎳氫電池和锂離子電池都可以恒流充電。鉛酸電池和鎳氫電池微過充不會造成極端後果，但過度過充會使電池産生氣體并過熱。然而锂離子電池過充會使其容量不可逆轉地降低并脹氣。鉛酸電池和锂離子電池可以恒壓充電，但不推薦鎳氫電池使用。鎳氫電池推薦使用帶有梯度或遞減電流的恒流充電方法，鉛酸電池和锂離子電池推薦使用圖四中恒流-恒壓法。

　　電池的充電接受能力控制電池充電速度。锂離子電池、鎳氫電池與鉛酸電池推薦在C/3充電。在快速充電模式下，鉛酸電池可以提升至4C充電。鎳氫電池可以1C快速充電，當電池電壓或溫度速率超過臨界值時控制器終止充電。锂離子電池可以接受2C的高倍率充電

　　參考資料：

　　均充,浮充,恒流充電,恒壓充電,涓流充電：到底該怎麼充？-電源網 (dianyuan.com)

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