リチウム電池の使用とメンテナンスに関する技術的知識

私たちの愛のマシンのリチウム電池を維持する方法は正しいですか？この問題は、私を含む多くの携帯電話の忠実なユーザーによって悩まされてきました。いくつかの情報を参考にした後、博士号を取得する機会がありました。電気化学の博士号を取得し、中国の有名な電池研究所の副所長を務めています。私は最近読者に得られたいくつかの関連する知識と経験を書きます。

リチウムイオン電池の正極材料は通常、リチウムの活性化合物で構成され、負極は特殊な分子構造の炭素です。一般的な正極材料の主成分はLiCoO2です。充電中、電池の2つの極に印加された電位により、正極の化合物がリチウムイオンを放出し、負極分子がシート構造に配置された炭素に埋め込まれます。放電時に、シート構造の炭素からリチウムイオンが析出し、正極の化合物と再結合します。リチウムイオンの動きは電流を生成します。

化学反応の原理は非常に単純ですが、実際の工業生産では、考慮すべき多くの実際的な問題があります。正極の材料には、複数の充放電の活性を維持するための添加剤が必要であり、負極の材料には、分子構造レベルで設計されます。それはより多くのリチウムイオンを含んでいます。正極と負極の間に充填される電解液は、安定性に加えて、良好な導電性を持ち、バッテリーの内部抵抗を低減する必要があります。

リチウムイオン電池はニッケルカドミウム電池のメモリー効果はほとんどありませんが、メモリー効果の原理は結晶化であり、リチウム電池ではこの反応はほとんど起こりません。ただし、リチウムイオン電池は、複雑で多様な複数の充電および放電サイクルの後でも容量が減少します。主にポジティブとネガティブな素材自体の変化。分子の観点から、正極と負極にリチウムイオンを含む正孔構造は徐々に崩壊してブロックされます。化学的観点から、正および負の材料は不動態化され、副反応が発生して安定した他の化合物を生成します。物理的には、正極材料を徐々に剥がし、最終的には、充電と放電の間に自由に動くことができるバッテリー内のリチウムイオンの数が最終的に減少します。

過充電および過放電は、リチウムイオン電池の正極および負極に恒久的な損傷を引き起こします。分子の観点からは、過度の放電によりアノード炭素がリチウムイオンを過剰に放出し、シート構造が崩壊することが直感的に理解できます。過充電は、負の炭素構造にリチウムを過剰に差し込むことはほとんどなく、リチウムイオンの一部は放出されなくなります。これが、リチウムイオン電池が通常、充電および放電制御回路を備えている理由です。

温度が不適切な場合、リチウムイオン電池内で他の化学反応が起こり、見たくない化合物が形成されるため、多くのリチウムイオン電池の正極と負極の間に温度制御された保護セパレーターまたは電解質添加剤があります。電池の温度がある程度上昇すると、複合膜の細孔が閉じたり、電解質が変性したりして、回路が壊れるまで電池の内部抵抗が増加し、電池が加熱されなくなります。バッテリーの充電温度が正常であることを確認してください。

そして、深い充電と放電はリチウムイオン電池の実際の容量を改善することができますか？専門家は、これは無意味だとはっきりと私に言った。彼らは、最初の3つの完全充電と放電のいわゆる「活性化」は、2人の医師の知識では、何が必要かを理解できないとさえ言っていました。しかし、なぜ多くの人がディープ充電後にBatteryInformationに示されている容量を変更するのですか？後述します。

リチウムイオン電池には、一般的に管理チップと充電制御チップがあります。その中には、管理チップに一連のレジスタがあり、容量、温度、ID、充電状態、放電回数などの値が含まれています。これらの値は、使用中に徐々に変化します。私の個人的な意見では、「使用は月に1回程度完全に充電する必要があります」というアプローチを使用する主な機能は、バッテリー充電制御と公称容量が実際の状況と一致するように、これらのレジスタの不適切な値を修正することですバッテリーの。

充電制御チップは、主にバッテリーの充電プロセスを制御します。リチウムイオン電池の充電プロセスは、定電流急速充電フェーズ（バッテリーインジケーターが黄色の場合）と定電圧電流減少フェーズ（バッテリーインジケーターライトが緑色に点滅します。定電流急速充電フェーズ中）の2つの段階に分けられます。 、バッテリー電圧は徐々に増加します。その後、バッテリーへの標準電圧は制御チップの下の定電圧ステージに転送され、過充電しないように電圧は上昇しなくなり、電流は徐々にゼロに減少します。バッテリーの電力が上がり、ついに充電が完了します。

電力統計チップは、BatteryInformationで読み取ったwh値である放電曲線（電圧、電流、時間）を記録することにより、バッテリー電力を計算できます。リチウムイオン電池を何度も使用すると、放電曲線が変化します。チップが完全な放電曲線を再度読み取る機会がない場合、計算された電力は正確ではないため、キャリブレーションには深い充電が必要です。バッテリーチップ。

1.メモリー効果を理解するバッテリーメモリー効果とは、バッテリーの可逆的な故障、つまり、バッテリーが故障した後に回復できるパフォーマンスを指します。メモリー効果は、バッテリーが特定のデューティサイクルに長時間さらされた後、この特定の傾向を自動的に維持することです。これはニッケルカドミウム電池で最初に定義されました。ニッケルカドミウムバッグ電池にはメモリー効果がなく、焼結電池にはメモリー効果があります。今日のニッケル水素（一般にニッケル水素化物として知られている）電池は、このメモリー効果の定義の対象ではありません。現代のニッケルカドミウム電池プロセスの改善により、上記のメモリー効果は大幅に減少し、ニッケルベースの電池の「格子」である別の現象がこの定義に取って代わりました。一般的に、ニッケルカドミウム電池はこれらの2つのタイプの対象となります。ニッケル水素電池は「格子」メモリー効果の影響を受けるだけであり、ニッケルカドミウム電池よりも影響が小さいという効果の複合効果。実際のアプリケーションでは、メモリー効果を排除する方法には、厳密な仕様と操作手順があります。不適切な操作は逆効果になる可能性があります。

ニッケルカドミウム電池の場合、通常のメンテナンスは定期的な深放電です。深放電は1か月（または30サイクル）ごとに実行され（1.0 v /セクションまでの放電、外国人はそれをムーブメントと呼びます）、通常は可能な限り使用します。メモリー効果の形成を容易にするためのシャットダウン方法ですが、これは演習ではありません。機器（携帯電話など）はシャットダウンに各セクションで1.0 vを使用しないため、作業を完了するには特別な機器またはラインが必要です。幸いなことに、多くのNiMHバッテリー充電器にはこの機能があります。長期間使用されていないニッケルカドミウム電池は、メモリー効果の蓄積によりメモリー容量を回復できません。この場合、より深い放電（修理と呼ばれる外国人）が必要です。これは、長時間の小電流のバッテリーです。セクションごとに0.4vまで放電するプロセスには、専門の機器が必要です。 NiMHバッテリーの場合、運動の頻度は3か月ごとに効果的に軽減できます。ニッケル水素電池のサイクル寿命はニッケルカドミウム電池よりもはるかに短いため、この方法を修理することはほとんど不可能です。

2.バッテリーをアクティブにする必要がありますか？

答えは、バッテリーをアクティブにする必要があるということですが、これはユーザーがしなければならないことではありません。リチウムイオン電池の製造工場を訪問しました。リチウムイオン電池は、工場出荷前に次の工程を経る必要があります。リチウムイオン電池のケースには電解液が充填されており、定電圧で充電してから放電するため、数サイクル実行されます。電極は電解液に完全に浸され、完全に活性化され、容量は要件に達します。これがアクティベーションプロセスです。 ----バッテリーの容量をテストし、異なるパフォーマンス容量（数量）のバッテリーを選択し、バッテリーを分類し、バッテリーを分類する蒸留。容量マッチング等。こうして出てきたリチウムイオン電池がユーザーに作動しました。私たちが使用しているニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池も、起動後に起動します。これらのバッテリーの中には、バッテリーが開いた状態である必要があるものがあります。起動後、バッテリーは密閉されます。このプロセスは、バッテリーメーカーのみが完了できます。ここで問題があります。つまり、バッテリー工場からユーザーの手に渡るバッテリーです。今回は、バッテリーの電極材料が不動態化されるため、非常に長い、短い1か月、長い半年になることがあります。最大容量を達成するために電極材料の不動態化を排除するために、バッテリーを最初の使用に3〜5回完全充電および放電プロセスにかけることが好ましいことをお勧めします。ニッケル水素のうち3つは2001年に発行されました。ニッケルカドミウム電池とリチウムイオン電池の国家標準では、初期容量検出が明確に定義されており、電池は5回まで深く充填できます。一度要件を満たしたら、テストを停止できます。これは私が話している現象の良い説明です。それは「2回目の起動」と呼ぶことができ、ユーザーが初めて使用する「新しい」バッテリーは、いくつかの深い充電と放電のサイクルを実行しようとする必要があります。私のテスト（リチウムイオン電池用）によると、保管期間が1〜3ヶ月のリチウムイオン電池は、深充填と深放電が行われ、容量増加現象はほとんどありません。 （パネルディスカッションエリアにバッテリーの作動に関するテストレポートがあります）。

3.最初の3回は12時間充電する必要がありますか？

この問題は、上記のバッテリー起動の問題と密接に関連しています。ユーザーの手にある工場のバッテリーに電極不動態化現象を起こさせて、バッテリーを深充電深放電サイクルで3回アクティブにします。実際、この問題が深い充電に変換されるかどうかは、12時間充電するかどうかです。それから私の他の記事「携帯電話のバッテリーの充電時間について」はすでにこの質問に答えています。

答えは、12時間充電する必要がないということです。初期の携帯電話のNiMHバッテリーは、補充とトリクル充電が必要なため、最も完全な満杯状態を実現するのに約5時間かかる場合がありますが、12時間は必要ありません。リチウムイオン電池の定電流および定電圧充電特性により、深い充電時間は12時間も必要ありません。リチウムイオン電池の場合、定電圧相のリチウムイオン電池の電流が徐々に減少するので、電流が小さいから無限大の場合は本当ですか？私はかつて、定電圧時の電流減少時間の曲線をプロットし、それに複数のカーブフィッティングを実行しました。この曲線は、1 / x関数でゼロ電流に近似できることがわかりました。実はリチウムイオン電池自体が存在します。自己放電、このゼロ電流に達することはありません。 600 mahのバッテリーを例にとると、カットオフ電流を0.01度（6 ma）に設定し、1 cの充電時間は150分を超えないようにし、オフ電流を0.001度（0.6 ma）に設定すると、充電時間は次のようになります。 10時間-機器の精度のために正確に取得することは不可能ですが、0.01℃から0.001℃で得られる容量はわずか1.7 mahと計算され、7時間以上のマルチユースがこれと交換されますたった3000分の3。到着する能力には実際的な意味はありません。さらに、リチウムイオン電池を4.2vの限界電圧に到達させるパルス充電法などの他の充電方法があり、最小電流判定段階を遮断せず、通常、150分後に100％満充電になります。多くの携帯電話はパルス充電を使用しています。以前は携帯電話の満杯を表示し、充電器を使って充電して携帯電話の満杯を確認する人もいました。このテスト方法は厳密ではありません。まず第一に、緑色のライトは、完全に充電されているかどうかを検出するための基礎ではありません。

リチウムイオン電池の飽和を検出する唯一の最後の方法は、充電されていない（および放電されていない）状態のリチウムイオン電池の電圧をテストすることです。いわゆる定電圧相電流低減は、バッテリーの内部抵抗の充電電流によって生成される追加電圧を徐々に低減するという本当の目的です。現在は、6ミリアンペア0.01摂氏として小さいようである場合、この電流は、電池（内一般に200メートルΩ）の内部抵抗を乗じてのみ1 MVであり、このときの電圧であると考えることができます電流なしのバッテリー電圧。第二に、携帯電話の基準電圧は必ずしも充電器の基準電圧と同じではありません。携帯電話は、完全に充電されたバッテリーが充電器に到達したと見なしますが、充電器は完全に充電されたとは見なさず、充電を続けます。

4.充電式バッテリーは最適ですか？

二次電池をきちんと使えば、一定のサイクル範囲、つまり最大容量で最高の状態になるということわざがあります。この場合、密閉型NiMH電池とニッケルカドミウム電池を適切に使用すると（メモリー効果の発生と蓄積を防ぐための定期的なメンテナンスなど）、通常、120サイクル後などの100〜200サイクルで最大容量に達します。工場容量が1000mahのニッケル水素電池で、容量は1100mahに達する可能性があります。この説明は、日本のほぼすべてのNiMHバッテリーメーカーの技術仕様にあるニッケルベースのバッテリーのサイクル特性を説明するグラフで確認できます。

ニッケルベースのバッテリーは最良の状態であり、通常、100〜200サイクルで最大容量に達します。液体リチウムイオン電池の場合、リチウムイオン電池の工場から電池の廃棄が終わるまで、循環容量のこぶ現象はありません。その容量のパフォーマンスは、それを一度だけ使用することです。リチウムイオン電池でサイクル性能を行っているときに、容量回復の兆候を見たことがありません。

リチウムイオン電池は最適ではありません。リチウムイオン電池は、周囲温度の変化により、さまざまな性能の影響を受けやすいことは言及する価値があります。それらは25から40度の周囲温度で最高の性能を示し、それらの性能は低温または高温で大きく損なわれます。リチウムイオン電池の容量を十分に発揮させるためには、使用環境に細心の注意を払い、高温・低温現象を防止する必要があります。たとえば、携帯電話は車の前に置かれ、正午の直射日光は簡単に60度を超える可能性があります。同じネットワーク条件下でのユーザーのバッテリー待機時間は、南部に長期ユーザーがいません。

5.それは本当に充電電流ですか、充電は速くなりますか？

この問題は、「携帯電話のバッテリーの充電時間について」の記事ですでに取り上げられています。定電流充電のニッケルベースのバッテリーの場合、これは言うことができますが、リチウムイオンバッテリーの場合、これは完全には正しくありません。

リチウムイオン電池の充電では、一定の電流範囲（1.5〜0.5 c）で、定電流および定電圧充電モードの定電流値を増やしても、リチウムイオン電池の充電時間は短くなりません。

6.直接充電の出力電流は充電電流と同じですか？

携帯電話の充電方法について説明します。携帯電話の充電管理には、5.3 v600maaのように、同じ直接充電（実際には電源アダプターと呼ばれます）の出力を設定します。充電管理はスイッチングモード（高周波パルス幅調整pwmモード）です。この充電モードは、携帯電話の直接充電出力機能を十分に活用していません。直接充電は定電圧部で動作し、5.3vを出力します。このとき、実際の充電電流は携帯電話からのものです。料金管理は調整されており、600 ma未満、通常は300〜400maである必要があります。現時点では、誰もが目にする直接充電出力電流は携帯電話の充電電流ではありません。たとえば、モトローラの直接充電出力の多くは5.0v1aです。バッテリーを実際に充電すると、携帯電話のバッテリー容量のため、500フィート使用されます。また、580マー。

このとき、直接充電の上付き文字の出力電流は実際の充電電流と等しくありません。

7.通常の使用中にいつ充電を開始する必要がありますか？

充電と放電のサイクル数が限られているため、リチウム電池の電力は可能な限り再充電する必要があります。しかし、リチウムイオン電池の充電と放電のサイクルに関する実験表を見つけました。サイクル寿命に関するデータを以下に示します。サイクル寿命（10％DOD）：> 1000サイクル（100％DOD）：> 200回（国防省は放電深度の略）。充電可能な数は、放電の深さに関連しています。 10％DODでのサイクル寿命は、100％DODのサイクル寿命よりもはるかに長くなります。もちろん、相対的な総容量を実際の充電に変換すると、10％* 1000 = 100100％* 200 = 200、後者の完全な充電と放電はさらに優れていますが、前のネチズンの声明を修正する必要があります：通常の状況ではバッテリーの残量を使い切って充電するという原則に従って充電を予約する必要がありますが、2日目にバッテリーが一日中保持されない可能性がある場合は、時間内に充電を開始する必要があります。あなたが運ぶために喜んでいる場合はもちろん、それはオフィスに充電器を得るために別の問題saで"それをバックアップ。そして、バッテリーにまだ十分な電力がある場合でも、通信がビジーになると予想される重要なイベントに対処するために充電する必要があります。実際には「1」の充電サイクルを失っていないため、事前に充電するだけです。生活。つまり、「0。回」であり、多くの場合、このxは小さくなります。

結論として：

1.過充電および過放電は、リチウムイオン電池の正および負の端子に恒久的な損傷を引き起こします。そのため、初めての使用でも毎日の充電でも、過充電・放電の必要がなく、取扱説明書に記載されている時間で充電できます。

2.通常の状況では、バッテリーの残量がなくなるという原則に従って充電するための予備が必要ですが、バッテリーが2日目に終日保持されない可能性がある場合は、時間内に充電を開始する必要があります。 。

3.一定期間、保護回路の制御下で深い充電と放電を行ってバッテリーの電力統計を修正できますが、これによってバッテリーの実際の容量が増えることはありません。

4.長期間使用しないバッテリーは、内部の不動態化反応の速度を落とすために涼しい場所に置き、バッテリーの過度の自己放電による過放電による損傷を防ぐために、一定量の電気を充電する必要があります。ストレージ。

5.実際、バッテリーには注意を払うことはあまりありません。言い換えれば、あまり考慮しすぎないということです。バッテリーの使用回数。使用方法ではなく、バッテリー自体の製造上の個人差とは異なる可能性があります。評判の良い携帯電話のブランドを選ぶことは、間違いなくバッテリーの長寿命を保証するものの1つです。

6.リチウム電池の寿命を延ばす唯一の方法は、充電サイクルを延長することです。つまり、通常の使用を保証しながら、可能な限り電力を節約することです。

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