充電電池知識集錦（4）

使用在急速充電里預(yù)防過充電的偵測方法,比較常見的有定電壓控制,溫度上升控制以及控制,或者三種方式混合使用.

定電壓控制
　　當(dāng)偵測到電池電壓上升到設(shè)定的電壓準(zhǔn)位時(shí)就停止充電.這種方式是最簡單的方式,只要根據(jù)電池特性知道電池的電壓上升曲線,就可以將偵測電壓設(shè)為最接近充飽時(shí)的準(zhǔn)位,不同款式的電池充飽時(shí)之電壓準(zhǔn)位不大一樣,新舊電池特性也不一樣,用此方法比較無法設(shè)定理想電壓.這種方式雖然簡單但也相當(dāng)危險(xiǎn),前面說過溫度較高時(shí)電池電壓會降低,以大電流充電更是會提高電池溫度,如此電池有可能已經(jīng)充飽但是電壓卻尚未達(dá)到設(shè)定的準(zhǔn)位,且電池充飽后電壓不再上升而開始下降,如此的過充電后果相當(dāng)嚴(yán)重,若加上電池發(fā)生內(nèi)部短路充電器未具備保護(hù)電路時(shí),一旦電流過大造成危險(xiǎn)后果不堪設(shè)想,因此在此方式進(jìn)行充電期間,使用者必須加以留意.

溫度上升控制
　　電池容量充到飽和時(shí)產(chǎn)生的氧氣會在陰極和鎘反應(yīng)產(chǎn)生氧化熱,電池的溫度會開始快速上升,利用此現(xiàn)象偵測到溫度到達(dá)某程度時(shí)既結(jié)束充電.在同樣的充電量下充電電流越大此上升的溫度也越高,因此若充電電流過大時(shí),達(dá)到預(yù)定之溫度時(shí)電池可能尚未飽和,但是電流若太小,則氧化吸收快溫度就不會明顯上升,充電動作就會一直持續(xù)下去而不知終止.此外這種方式會受周遭溫度影響,無法判別電池的溫度是內(nèi)部自行產(chǎn)生的化學(xué)熱,還是由周遭環(huán)境引起的高溫而誤判,因此此方式在高溫的環(huán)境下會充電不足而低溫的環(huán)境會充電過度.

控制
　　充電時(shí)電池的電壓會隨著充電容量的增加而升高,當(dāng)充電容量達(dá)到飽和時(shí),電壓上升到峰值,并轉(zhuǎn)而開始緩慢下降.利用此電壓下降的特性可以用來控制充電終止,待電壓下降幅度達(dá)到時(shí)即停止充電,通常1.2V的鎳鎘電池其下降幅度差不多會有20mV以上(實(shí)際之?dāng)?shù)據(jù)得參考電池規(guī)格),在充電過程可以以電表明顯的觀察出來.電池電壓的充電曲線受到充電電流與溫度的影響,在同樣的充電容量下,電流越大或溫度越低時(shí),電壓上升的幅度較大,下降的幅度也比較明顯.電流越小或溫度越高時(shí),電壓上升的幅度較小,下降的幅度也較為平坦不易分辨.因此控制方式比較適用在急速充電的方式里,且為了避免溫度的影響使偵測失靈,通常配合溫度上升控制使用,以防止過充電.
　　鎳鎘電池若經(jīng)保存過久未使用,或者已經(jīng)日薄西山,那麼初次再行充電的前幾分鐘,會發(fā)生電壓不但充上去且還往下降的情形然后再上升的情形,因而造成的誤判而終止充電.控制方式是較佳的控制方式,特性不同的電池仍能可利用的特性來對電池作完全充電,比較不用再擔(dān)心電壓控制設(shè)或溫度設(shè)定出問題而傷害電池.
　　目前許多高級的微電腦控制型充電器都是使用此種控制方式,且價(jià)格比一般充電器昂貴,有些雖然打著的名號,實(shí)際上其控制程式以及充電電路設(shè)計(jì)得并不怎好,對也往往有誤判的情形發(fā)生,不是將電池充到可以煎雞蛋,就是連充都還沒充到就罷工判斷電池已充飽,因此比較好的充電器除了增加溫度控制之外,再根據(jù)充電時(shí)間,電壓與電流的大小變化,計(jì)算出充電容量,并且判斷出是否電池真已達(dá)到飽和.
　　上述三種方式都是急速充電的方法,在充電終了后,基於電池會自我放電的特性,一般都是對電池繼續(xù)施以小電流的補(bǔ)充充電,以彌補(bǔ)電池的漏電電流,并且急速充電并不能保證一定能百分之百達(dá)到完全充電,以小電流繼續(xù)補(bǔ)充充電剛好能填補(bǔ)不足之容量.通常補(bǔ)充電流的大小約在C/20 ~ C/40之間,一般充電器在使用急速充電模式對電池充電終止后,都是逕行進(jìn)入所謂的慢充模式,其實(shí)也就是以此小電流對電池繼續(xù)補(bǔ)充充電.在此模式下,微小的電流幾乎不會讓電池產(chǎn)生多少熱,也不會讓電壓有明顯的變化,因此充電器幾乎都是設(shè)計(jì)成一直施行補(bǔ)充充電而不會自動停止,雖然不還不至於對電池造成過充電,但是為了避免增加鎳結(jié)晶現(xiàn)象,使用者還是得斟酌補(bǔ)充充電的持續(xù)時(shí)間.

容量的估算
　　電池的容量估算方式很多種,每每總都脫離不了C=IxT的計(jì)算方式.電池放電時(shí)流過電池的電流大小為,是電池的端電壓,是負(fù)載電阻,電池的放電容量就是為,是時(shí)間.電池的電壓是隨著放電時(shí)間的長短而逐漸降低的,要估算出比較準(zhǔn)確的放電容量的方法,就是采用積分方式,從開始放電起到電壓降至終止電壓為止這段期間內(nèi),每一個時(shí)間點(diǎn)上的電壓值換算成電流之后對時(shí)間積分起來,即可得到很準(zhǔn)確的放電容量.
　　因?yàn)殡姵氐姆烹娗€并非線性,且欲取得在每一時(shí)間點(diǎn)的電流變化來計(jì)算有困難,因此一般都是使用積分的近似估算方式,將時(shí)間細(xì)分成很多小時(shí)段,擷取每一個時(shí)段內(nèi)某一參考點(diǎn)的電壓值(或者該時(shí)段之平均電壓值)來當(dāng)作該時(shí)段的電壓值,每一時(shí)段各自計(jì)算其放電容量,再將每一時(shí)段的容量加起來就成了放電容量的近似值.時(shí)段切割得越細(xì)越準(zhǔn)確,但是要人工計(jì)算非常困難,因此只有具備微電腦處理能力的充電器才能做精密計(jì)算,而若要用手工計(jì)算可能以大時(shí)段計(jì)算出大略數(shù)值.
　　另一種比較簡單但是誤差較大的估算方式,是在放電期間內(nèi)任意選取幾個適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)(包括放電啟始與終止),以梯形面積的計(jì)算公式來計(jì)算,求取每一個時(shí)間點(diǎn)之間的放電容量之后,將整個放電期間各放電容量加起來即可得到粗略的放電容量了.
　　電動槍受制於槍身空間狹小的關(guān)系,只能擠得下體積較小電流額度也小的電池,要推動電動槍馬達(dá)這樣的重負(fù)載負(fù)荷相當(dāng)沈重,大電流縮短了鎳鎘電池的壽命降低了可容量,尤其槍友們喜歡把槍改得特別強(qiáng),更換了更強(qiáng)的彈簧更是讓電池與馬達(dá)吃不消,在如此的摧殘下電池的耗損相當(dāng)?shù)貒?yán)重,往往充放電不到幾十次電池容量就下降到剩下不到50%了,短短期間下降范圍相當(dāng)?shù)拇?因此采用梯形面積的計(jì)算方式,來對使用在電動槍的鎳鎘電池估算算是可以接受的了.
　　要測量電壓,電流以及電阻,最方便最簡單的工具就是三用電表,很多槍友為了了解自己的電池狀況都備有三用電表,平常除了做一般電氣量測之外,在電池充放電時(shí)也用來輔助充電器觀察電壓電流之變化,以隨時(shí)掌握過程求取最佳狀況.通常估算得到的值都只是個概略值,也會比理論上的容量還稍微少一些,但作為測量電池壽命的參考指標(biāo)已經(jīng)是綽綽有余了.

記憶效應(yīng)
　　鎳鎘電池放電時(shí)若不予以完全的放電,而是以特定的放電深度來重復(fù)地放電充電的話,那麼在反覆充放電幾次之后,因?yàn)槊看坞姵囟加袣堄嗳萘?使得電池會有記憶現(xiàn)象而將此放電終止電壓的值記憶住,當(dāng)電池不再只以此放電深度來放電時(shí),電壓逐漸下降超過被記憶住的電壓值時(shí),電池電壓會突然間崩潰性地急速下降很大的準(zhǔn)位,然后才又繼續(xù)慢慢地下降,這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng).
　　記憶效應(yīng)是反覆充放電產(chǎn)生的,在實(shí)際應(yīng)用方面這種反覆以特定放電深度充放電的情形很多,像是攝影機(jī),手機(jī),刮胡刀等等.記憶效應(yīng)并不影響電池容量,但是定電壓崩潰的特性卻對對負(fù)載影響很大,往往不為負(fù)載所接受而形同電力不足,無法繼續(xù)推動負(fù)載.因此形成記憶效應(yīng)之后雖仍有相當(dāng)大的容量,但是可使用的容量卻是減少了許多.
　　記憶現(xiàn)象在周遭溫度高時(shí)會比較明顯,使用較低充電電流(C/15以下)時(shí)也會有記憶現(xiàn)象,因此在使用時(shí)要特別留意工作溫度,以及不要使用太小的電流來充電.記憶效應(yīng)形成之后,若要消除記憶效應(yīng)所造成的影響,必須對電池做一兩次完全充放電,以 C/10 ~ C/2的充電電流,C/2 ~ 1C的放電電流來進(jìn)行時(shí),可以比較有效地消除記憶效應(yīng).做完全放電時(shí),額定電壓1.2V的電池只要降到廠商建議的放電終止電壓,也就是不會有殘余容量的0.95V左右即可,不要過放電以免毀損電池.

鎘結(jié)晶
　　鎳鎘電池充電時(shí),會於陰極生長出樹枝狀的鎘結(jié)晶物,尤其長期過充電或以小電流長期充電時(shí)更容易生成,此結(jié)晶物會使得電極表面之活化面積減少而降低容量.鎳格電池作完全放電時(shí)鎘晶體會溶解消失,不過在一般放電應(yīng)用上很少完全放電,電池仍有殘余容量,反覆的充放電會使得結(jié)晶物日益壘增延伸,終可貫穿兩極間的隔離板而觸及陽極,造成兩極間的短路引起大量漏電.因此要消除鎘結(jié)晶現(xiàn)象有如消除記憶體效應(yīng)般,每充放電數(shù)次之后,作一次完全放電以釋放殘余容量.

電動槍之電池
　　鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓是1.2V,將若顆電池串聯(lián)起來后,整體電壓是.串聯(lián)后工作電壓雖增加了倍,不過額定電流可是不變沒有增加喔,在對電池串進(jìn)行充放電時(shí),可不要誤以為容許的工作電流也增加了而改以倍的大電流去充,那麼電池是否會爆炸是不曉得,不過引起電線過熱溶毀電線短路引起火災(zāi)是非常有可能的.
　　目前Marui的電動槍系列大部分都是使用內(nèi)部構(gòu)造相似,彈簧強(qiáng)弱也相近之mecabox,為了配合馬達(dá)的驅(qū)使Marui訂制了專用之鎳鎘電池,以7顆1.2V 600mAh的單體包裝成8.4V的電池串,全新電池完全充電后,大約可射擊1000發(fā)左右.不過由於電動槍的威力不強(qiáng),大部分的槍友們都會另行購買改裝套件,包括將彈簧改強(qiáng)一點(diǎn),使得原廠電池的推動能力降低,充飽電之后能射擊數(shù)十發(fā)至數(shù)百發(fā),甚至完全推不動齒輪導(dǎo)致電流過大燒掉保險(xiǎn)絲,大大地降低電池的壽命.
　　有鑒於此,槍友們的解決之道,不外乎采購較大容量的電池(例如2000mAh),或者串聯(lián)更多顆電池,藉以彌補(bǔ)推動能力不足之遺憾.茲將此兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)說明如下.

　　1. 提高容量
　　電動槍改強(qiáng)之后消耗電流增大,希望電池能堪承受大電流,又希望電量充足BB可以多打幾發(fā),使用大容量的電池是最佳的辦法. 額定容量越大的電池其可承受的充放電電流也越大,只要彈簧沒改太強(qiáng),就不用擔(dān)驅(qū)動馬達(dá)的大電流會太過傷害電池,超大的容量,讓槍手不須再攜帶數(shù)條備用電池,不再有打沒發(fā)就得拆槍更換電池的困擾.
　　容量較大的電池相對的體積比較大,在狹小的槍身內(nèi)部是沒有多少空間可以容納電池的,不同款式的槍枝擺置電池的部位也不一樣,通常不外乎固定槍托內(nèi)部以及前護(hù)木內(nèi),部分則填塞於其他小縫隙.目前為止能塞得進(jìn)大電池的地方,大概只有某些槍型的固定槍托了,2000mAh左右的大電池勉強(qiáng)塞進(jìn)去不成問題.至於塞不進(jìn)去的槍型,只好把大電池以電池袋綁在槍身外面,直接將電線接頭從縫隙拉進(jìn)槍身內(nèi)接好.當(dāng)然,丑不垃圾的外觀破壞槍枝美感是無法避免的了,重重的電池也讓手臂增加不少負(fù)擔(dān).不過使用電池袋外掛也有個好處,電池能獲得較佳的散熱,壽命比填裝在密閉的槍身內(nèi)部發(fā)燙還長.
　　電池的造型很多多,有些AA型(尺寸與3號乾電相近) 鎳鎘電池容量約有1000mAh左右,某些款式的槍空間許可塞得下,若槍沒改太強(qiáng)對於此容量又可以接受的話,就不用外掛重重的大電池了.

　　2. 提高電壓 外掛電池丑丑的外貌另很多人無法接受,好端端漂亮的一把槍表面卻增加了一陀大大的電池包,叫人怎不心疼呢.因此很多同好在空間許可的情況下,自行購買電池來焊接,以8~10顆電池串成提供9.6V以上的較高電壓,希望藉此增加射擊彈量.
　　雖然電池推動馬達(dá)時(shí)隨著容量的消耗電壓逐漸降低內(nèi)阻逐漸增大,電流也逐漸減小,當(dāng)電流小至馬達(dá)無法推動齒輪而停下時(shí),電池的殘余容量相當(dāng)?shù)亩?彈簧越強(qiáng)殘余容量也越大.此種提高電壓的方法會讓流過馬達(dá)的電流大一些,馬達(dá)比較不容易因?yàn)殡娏鞑粔驈?qiáng)而被齒輪拖住,殘余容量也能小一些,活塞每多轉(zhuǎn)一行程子彈就多射出一發(fā).不過有一點(diǎn)得注意的是,電池串聯(lián)時(shí)容量并沒有增加,在相同的電池容量下,耗電流增大會使馬達(dá)轉(zhuǎn)速增加,子彈射擊的速度增快(發(fā)/分),相對的會使得可供射擊的時(shí)間縮短.
　　因此此種方式使用在單發(fā)射擊時(shí),可以增加射擊的次數(shù)和時(shí)間,而使用在全自動射擊時(shí),打得很過癮,不過很快就又得填裝子彈(都是錢啊),以及更換備用電池了.在游戲中可具有優(yōu)越的連發(fā)火力壓制對方,若戀戰(zhàn)下去很快地會彈盡援絕,只好好壯烈成仁了.
　　小容量的電池提升電壓后,固然有重量輕與高連發(fā)速度的好處,但也承受較高的電流,用來推動M100的彈簧(初速100m/s)壽命還沒問題,若欲驅(qū)動更強(qiáng)的彈簧時(shí),以大容量之電池來驅(qū)動才是正確的方法.