本人新年第一贴，理论评价vmax充电器的好处与问题

cooldiy_cn

       之前我有发表过相应的观点 认为 vmax的充电方法（就是锂电的cccv 只是最后是涓流充电而不是关断）相比于一般的-dv充电方法，对于镍氢电池的充电同样有效而且更加保护镍氢电池。对此 有坛友提出了不同的意见。有坛友提出由于不同的镍氢电池充满时的电压不同 导致有的电池充满过充电 有的电池冲不足。
       我先从理论上分析一下这个问题。

       首先从镍氢电池与锂离子电池充电过程的不同之处谈起。

       两者充电的不同之处在于在一定的充电条件范围内（就是电流要合理，不要用啥几个c的大电流狂充 是个电池都扛不住啊），锂电池的充电过程几乎没有副反应而镍氢电池有明显的副反应。

       具体的说就是锂电池的充电电流可以认为全部转化为锂离子的迁移过程。而镍氢电池则伴有无效的电流，发生的主要是氧气的析出和迁移到负极与负极活性物质反应放热。因此锂电池的“充电电量”可以等同于“放电电量”。而镍氢电池的“充电电量”大于“放电电量”，一般在1.2-1.6倍之间。好的电池配方能够有较好的充电效率。这也是除了内阻因素外好电池充电发热小的原因。（发热有两部分，过电压和无效电流部分，过电压来自电池内阻和极化（就是克服电池化学反应阻力的能量），而无效电流来自上述副反应）。这也是为啥一般傻充计算电池充电时间的时候还要乘以一个系数的原因。（必须指出有些山寨傻充的充电时间是瞎编的，这些傻充连恒流电路都没有 全程充电电流是变化的）。


       无效电流是一把双刃剑，既有坏处也有好处。下面就说镍氢无效电流的好处：防止过充。锂离子电池由于没有副反应，因此充多少电量就迁移多少锂离子。两者一一对应，要是一旦充过头，正极就立马因为过多的锂离子搬出而晶格塌陷。就像房子，把支撑的柱子敲掉太多就得塌了。如果是钴酸锂的就更不得了了。钴酸锂逐渐变成二氧化钴。这个是强氧化剂，而电解液又是有机物。两者这么一碰，就产生了氧化产物比如水和一氧化碳、二氧化碳。以及大量的热。而负极的房子-改性石墨住不下那么多锂离子于是无家可归的锂离子就住在房子外面-生成锂单质。正极产生的水、热加上负极产生的锂。接下来发生啥我就不解释了。有的坛友目测都经历过实战了。对于镍氢电池，这个过充电就不是这么回事了。由于分解水的副反应在充电过程中逐渐占据主导地位-充电完成85%时，镍氢充电的效率已经下降到约70%。到了充电到90%时，有一半的电流在用于之前所说的副反应。而到了100%充电的时候则100%都在发生副反应。这里我解释一下为啥，因为镍氢电池的正极容量要小于负极容量。也就是故意少加一点正极的活性物，多加点负极活性物质。于是正极先充满电。而负极一直不会充满电。正极的副反应产生的是氧气，氧气透过隔膜与负极反应产生水和热。从而消耗掉电能产生热能。因此事实上镍氢电池不会发生真正“过充电”。而负极由于储氢合金吸收氢气的反应速度很快，因此在寻常的充电速度下，负极不会发生副反应析出氢气。充电全程副反应都应该发生在正极。


       那么坛友所说的过充电是咋回事呢？有人因为过充电，电池漏液了。有人因为过充电，电池用个一两年，内阻好几千，都赶不上碳性电池的性能了。这个主要有两个原因。一个是电池问题，一个是充电器问题。

       先说电池问题。我之前也说过，镍氢电池是通过少加一点正极活性物质，多加一点负极活性物质来防止过充电的。因为正极副反应产生的氧气能和负极很快反应。如果这个配方出了岔子就坑爹了。因为负极如果因为量不够发生过充电或者是负极的储氢合金质量差，吸收氢的速度慢，就会在负极也析出氢气。蛋疼的是氢气偏偏和正极的活性物质无法直接反应。结果呢？内压太高电池泄压。于是电池就漏液。大家也知道国产电池质量参差不齐。保不准就有个地雷配方，随便充充电，连过充都没有就直接漏气漏液。两年后直接不如碳性。

       再说充电器问题。首先必须说明，用小电流“过充电”合格的镍氢电池不应该会发生漏液。因为镍氢电池的副反应能将过多的电转变为热了。内部的压力不会过高。但是小电流长时间（比如一周）会对充电器的电极活性物质的结构产生影响，降低活性物质的性能。一般来说对于AA电池和AAA电池保险起见0.2C以下的电流不会导致过压。所以明智的936d的定时充设置200ma对于大多数电池是合理的。即使过充也无大碍。如果大电流过充就比较悲剧了。一方面，强电流会导致充满的电池很严重的发热。计算下就知道了：大电流下1.5v的充满电压，全部电流基本用于发热，假设充电电流1A，发热功率是1.5w。很快电池就能达到60摄氏度。内部温度特别是电池中心部分还会更高。由于气压与热力学温度大体上是正比关系，因此温度上升，气压更高。更加悲剧的是，储氢合金的储氢量与温度成负相关。于是高温下负极容量下降。氢气可能在负极析出。由于前述氢气不能有效消除。因此必然内压过高。另一方面，由于强电流产气速度过高，可能出现负极氧化反应跟不上正极产生氧气的速度。同样提高了内压。综上所述，当镍氢电池大电流过充，高温和漏液是必然的结果。

       说完了这些原理性的，我回头说说为啥vmax比-dv对电池寿命好，以及vmax在智能充很少见的原因。

       vmax的控制方式类似与cccv，就是到了一个先是恒流而后恒压电流逐渐减小。论坛人士应该很熟悉了。主要论述下为啥vmax不会过充。坛友主要提出的异议是，电池的配方不同，开路电压有高有低。用一个恒电压会不会过充或者充不满悲剧？答案是否定的。为啥呢？因为开路电压不等于镍氢电池充满或者接近充满的时候的电压。这个电压差是咋回事呢？是正极副反应产生的氧气的电压。氧气作为正极的活性物质和负极的活性物质构成一个原电池 由于氧气的电极电势加上氧气析出的过电势高于正极活性物质，因此此时的电压会高于电池开路电压。关键是，林林总总的电池虽然开路电压相差不小，然而其充满时的电压差距却只有小几十毫伏。最关键的是，因为充满时极化很厉害。此时只需改变很小的电流就可以产生很大的电压差。所以虽然充满时电压差几十毫伏，涓流充电的电流相差只有几毫安。因为vmax电池的充电方式是运放控制的，充电的末期，运放先截止，然后充电电流减小到很小（几毫安）。然后电压下降，运放又导通。如此往复。形成脉冲充电。平均电流逐渐减小。一般这种vmax的充电方式涓流不大，50ma最多。相差几毫安没有实际的差距。由于vmax方式到末期电流逐渐减小，直到电流达到最小值。而-dv方式到截止之前一直是最大电流充电的，因此vmax在电流效率下降的末段发热小，-dv发热大。所以我认为vmax比-dv对电池寿命保护更好。

        我这么说坛友也许得犯嘀咕了：既然楼主你说vmax这么好，为啥大家都做-dv呢？为啥不做vmax呢？这我就得说说vmax的两个蛋疼的缺点了。
        1、充电比-dv慢。-dv全程最大电流，vmax到了充电70%-80%左右的时候电流逐渐减小。因此用同样功率的变压器，vmax充电比-dv慢啊！
        2、不能真正判定终点。只能大致。往往转灯的时候，电池只冲到90%到95%，旧电池还得再打折扣。而-dv事实上是直接“过充电”再停止，冲的各种满啊。
        
        因此虽然说-dv比vmax伤电池，但是由于-dv判定越来越灵敏，伤电池并不明显。那些扛不住快速充电而漏液的电池其实往往是质量有缺陷的，正如之前我说的。当然有些比较坑爹的充电器存在判停不准的，那就是充电器坑爹了。所以在对快速充电、和充满度都要求严格的情况下，vmax方式当然没有市场。


       不过对于坛子里的玩家来说，选个vmax的充电器确实有用。
       一来大家对电池的特性也了解。至少说让大家理解vmax转灯后再充一段时间才能满这个是无压力的。
       二来vmax不怕高内阻电池。虽然会在充电到70%左右就提早转灯，但是可以通过延长充电时间来解决，因为vmax的电流减小是渐变的。-dv往往直接据冲。

那么vmax的充电器有那些呢？我思虑再三，决定冒险指出：除了某些老式洋垃圾和某些串冲的充电器，以及速度很慢的双迪，就只有坏高了。


       估计大家要拍砖了。且慢拍，容我一说。坏高当年的斑斑劣迹都来自某款自动识别的锂电智能充。因为有9v充电的选项，所以存在可能把锂电当成9v的来冲。结果就悲剧。


       而我说的是坏高的镍氢充电器。是手动设置的档位，不存在识别错误的可能性。我用过两个坏高充电器来充镍氢。一个支持锂电、镍氢、铁锂、碱性的四槽充电器。通过开关切换电阻来改变截止电压。所以不容易悲剧。由于用了tl432基准。只要改分压电阻就可以调节截止电压。实测锂电截止4.22v还算可以。如果需要的话我也能改成4.20v。不过我只有充电器不够用才用来充18650，主要是被坛友的悲剧吓得胆小了。镍氢就很常用这个充电器充了。特别是bty的蛋疼电池，用在鼠标上。明智936直接8004。用这个毫无压力。上图说明：



另一个在家里给老父母用。只支持镍氢充电和放电。主要是怕老父母不懂调节档位啊。后面有放电按钮。按一下镍镉电池神马的放电到1.0v左右会自动转成充电。挺方便的。镍氢就不用放电了。价格也只有20多。充电速度看电池的多少。他们用的是4节电池的收录机。一次充4节电流只有300ma。2100的爱老公一晚上刚刚好充满。


      终于写完了，欢迎大家讨论。不足和错误之处欢迎指正。如果你要拍坏高就拍吧。我已经做好了被黑出翔的准备了。。。

龙王

vmax？这事EMC的高端存储。。。

tek001

仔细阅读了，很长知识，楼主辛苦。

kfc1039

楼主这贴码了这么多字，不顶不行啊！新年快乐~

xinxincainiao

王 不 高 暗喜。

Fireflying

搞了半天原来在本坛被骂的体无完肤的坏高竟然是神器？！
那VMAX法充镍氢电池的截至电压应该设定到多少呢？

RP周

环高。。。是继镍镉之后的新神器？？？

龙王

坏高＝环高？

龙王

瓦特赶紧改EBC，加入CCCV充镍氢选项。楼主这不去发表论文可惜了，不是调侃。

xmdzshz

真环高其实设计思路很巧妙，是个很好的充电器，可惜太多山寨用了劣质元件，败坏了名声。

国望堂

顶顶。为这些文字---内容还没看

怒独僧

我觉得vmax和充锂电的CCCV模式除了最后是否关断之外还是有重要区别的。
CCCV是先恒流充电到4.2V，然后4.2V恒压充电到电流很小后关断。
而镍电vmax不存在后面的恒压阶段，它是恒流充到电压忽然快速升高就直接转为涓流充电了。

vmax最受不了的就是转灯后马上取下使用的话电池并不满，
还是喜欢ΔV方式，转灯后直接使用。尤其GP30，35分钟充满直接取出使用，如果是vmax，我还得再等一小时让它补充，那就失去快充的意义了。

龙王

和尚又来推销GP30了，我的GP30还没用过，一直用厕所开着。

enduse

vmax也可以很快的，以前买过一个2~8节的充电器，采用分时充电的方式，一个周期内7/10充电，1/10放电，1/10空载，1/10检测电压，充电速度很快的。

lylnk

楼主是电池专业的么？
写的真认真啊？

顺便问下，镍镉有点儿轻微短路怎么办啊？充满过了1一个月就变0V了。

RP周

lylnk 发表于 2013-1-1 13:55
楼主是电池专业的么？
写的真认真啊？

这么专业的问题，还是等镉优君来解答吧。那句话怎么说来着，“智者的问题交给痔者来解决。。。”～～

cooldiy_cn

怒独僧 发表于 2013-1-1 11:27

                               
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我觉得vmax和充锂电的CCCV模式除了最后是否关断之外还是有重要区别的。
CCCV是先恒流充电到4.2V，然后4.2V ...

和尚你的想法是有误的。因为tl431、tl432的特性，坏高实际上是逐渐减小电流的（脉冲的占空比逐渐减小） 最后达到一个最小电流。而不是直接转为涓流

怒独僧

cooldiy_cn 发表于 2013-1-1 15:33

                               
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和尚你的想法是有误的。因为tl431、tl432的特性，坏高实际上是逐渐减小电流的（脉冲的占空比逐渐减小）  ...

那不能算是真正的最高电压判停吧，那应该就是CCCV。

cooldiy_cn

怒独僧 发表于 2013-1-1 15:53

                               
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那不能算是真正的最高电压判停吧，那应该就是CCCV。

算是 因为绝大多数 vmax判停的充电器都用的是运放{:1_292:}

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