充電電池知識集錦（4）

使用在急速充電里預防過(guò)充電的偵測方法,比較常見(jiàn)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
　　當偵測到電池電壓上升到設定的電壓準位時(shí)就停止充電.這種方式是最簡(jiǎn)單的方式,只要根據電池特性知道電池的電壓上升曲線(xiàn),就可以將偵測電壓設為最接近充飽時(shí)的準位,不同款式的電池充飽時(shí)之電壓準位不大一樣,新舊電池特性也不一樣,用此方法比較無(wú)法設定理想電壓.這種方式雖然簡(jiǎn)單但也相當危險,前面說(shuō)過(guò)溫度較高時(shí)電池電壓會(huì )降低,以大電流充電更是會(huì )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到設定的準位,且電池充飽后電壓不再上升而開(kāi)始下降,如此的過(guò)充電后果相當嚴重,若加上電池發(fā)生內部短路充電器未具備保護電路時(shí),一旦電流過(guò)大造成危險后果不堪設想,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(huì )在陰極和鎘反應產(chǎn)生氧化熱,電池的溫度會(huì )開(kāi)始快速上升,利用此現象偵測到溫度到達某程度時(shí)既結束充電.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(guò)大時(shí),達到預定之溫度時(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(huì )明顯上升,充電動(dòng)作就會(huì )一直持續下去而不知終止.此外這種方式會(huì )受周遭溫度影響,無(wú)法判別電池的溫度是內部自行產(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(huì )充電不足而低溫的環(huán)境會(huì )充電過(guò)度.

控制
　　充電時(shí)電池的電壓會(huì )隨著(zhù)充電容量的增加而升高,當充電容量達到飽和時(shí),電壓上升到峰值,并轉而開(kāi)始緩慢下降.利用此電壓下降的特性可以用來(lái)控制充電終止,待電壓下降幅度達到時(shí)即停止充電,通常1.2V的鎳鎘電池其下降幅度差不多會(huì )有20mV以上(實(shí)際之數據得參考電池規格),在充電過(guò)程可以以電表明顯的觀(guān)察出來(lái).電池電壓的充電曲線(xiàn)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(guò)充電.
　　鎳鎘電池若經(jīng)保存過(guò)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(huì )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(lái)對電池作完全充電,比較不用再擔心電壓控制設或溫度設定出問(wèn)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(zhù)的名號,實(shí)際上其控制程式以及充電電路設計得并不怎好,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(méi)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,再根據充電時(shí)間,電壓與電流的大小變化,計算出充電容量,并且判斷出是否電池真已達到飽和.
　　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(huì )自我放電的特性,一般都是對電池繼續施以小電流的補充充電,以彌補電池的漏電電流,并且急速充電并不能保證一定能百分之百達到完全充電,以小電流繼續補充充電剛好能填補不足之容量.通常補充電流的大小約在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補充充電.在此模式下,微小的電流幾乎不會(huì )讓電池產(chǎn)生多少熱,也不會(huì )讓電壓有明顯的變化,因此充電器幾乎都是設計成一直施行補充充電而不會(huì )自動(dòng)停止,雖然不還不至於對電池造成過(guò)充電,但是為了避免增加鎳結晶現象,使用者還是得斟酌補充充電的持續時(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的計算方式.電池放電時(shí)流過(guò)電池的電流大小為,是電池的端電壓,是負載電阻,電池的放電容量就是為,是時(shí)間.電池的電壓是隨著(zhù)放電時(shí)間的長(cháng)短而逐漸降低的,要估算出比較準確的放電容量的方法,就是采用積分方式,從開(kāi)始放電起到電壓降至終止電壓為止這段期間內,每一個(gè)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(lái),即可得到很準確的放電容量.
　　因為電池的放電曲線(xiàn)并非線(xiàn)性,且欲取得在每一時(shí)間點(diǎn)的電流變化來(lái)計算有困難,因此一般都是使用積分的近似估算方式,將時(shí)間細分成很多小時(shí)段,擷取每一個(gè)時(shí)段內某一參考點(diǎn)的電壓值(或者該時(shí)段之平均電壓值)來(lái)當作該時(shí)段的電壓值,每一時(shí)段各自計算其放電容量,再將每一時(shí)段的容量加起來(lái)就成了放電容量的近似值.時(shí)段切割得越細越準確,但是要人工計算非常困難,因此只有具備微電腦處理能力的充電器才能做精密計算,而若要用手工計算可能以大時(shí)段計算出大略數值.
　　另一種比較簡(jiǎn)單但是誤差較大的估算方式,是在放電期間內任意選取幾個(gè)適當的時(shí)間點(diǎn)(包括放電啟始與終止),以梯形面積的計算公式來(lái)計算,求取每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的放電容量之后,將整個(gè)放電期間各放電容量加起來(lái)即可得到粗略的放電容量了.
　　電動(dòng)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(dòng)電動(dòng)槍馬達這樣的重負載負荷相當沈重,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,更換了更強的彈簧更是讓電池與馬達吃不消,在如此的摧殘下電池的耗損相當地嚴重,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的大.因此采用梯形面積的計算方式,來(lái)對使用在電動(dòng)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(jiǎn)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(lái)輔助充電器觀(guān)察電壓電流之變化,以隨時(shí)掌握過(guò)程求取最佳狀況.通常估算得到的值都只是個(gè)概略值,也會(huì )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已經(jīng)是綽綽有余了.

記憶效應
　　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(lái)重復地放電充電的話(huà),那麼在反覆充放電幾次之后,因為每次電池都有殘余容量,使得電池會(huì )有記憶現象而將此放電終止電壓的值記憶住,當電池不再只以此放電深度來(lái)放電時(shí),電壓逐漸下降超過(guò)被記憶住的電壓值時(shí),電池電壓會(huì )突然間崩潰性地急速下降很大的準位,然后才又繼續慢慢地下降,這種現象稱(chēng)為記憶效應.
　　記憶效應是反覆充放電產(chǎn)生的,在實(shí)際應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,手機,刮胡刀等等.記憶效應并不影響電池容量,但是定電壓崩潰的特性卻對對負載影響很大,往往不為負載所接受而形同電力不足,無(wú)法繼續推動(dòng)負載.因此形成記憶效應之后雖仍有相當大的容量,但是可使用的容量卻是減少了許多.
　　記憶現象在周遭溫度高時(shí)會(huì )比較明顯,使用較低充電電流(C/15以下)時(shí)也會(huì )有記憶現象,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(lái)充電.記憶效應形成之后,若要消除記憶效應所造成的影響,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(lái)進(jìn)行時(shí),可以比較有效地消除記憶效應.做完全放電時(shí),額定電壓1.2V的電池只要降到廠(chǎng)商建議的放電終止電壓,也就是不會(huì )有殘余容量的0.95V左右即可,不要過(guò)放電以免毀損電池.

鎘結晶
　　鎳鎘電池充電時(shí),會(huì )於陰極生長(cháng)出樹(shù)枝狀的鎘結晶物,尤其長(cháng)期過(guò)充電或以小電流長(cháng)期充電時(shí)更容易生成,此結晶物會(huì )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(huì )溶解消失,不過(guò)在一般放電應用上很少完全放電,電池仍有殘余容量,反覆的充放電會(huì )使得結晶物日益壘增延伸,終可貫穿兩極間的隔離板而觸及陽(yáng)極,造成兩極間的短路引起大量漏電.因此要消除鎘結晶現象有如消除記憶體效應般,每充放電數次之后,作一次完全放電以釋放殘余容量.

電動(dòng)槍之電池
　　鎳鎘電池的標稱(chēng)電壓是1.2V,將若顆電池串聯(lián)起來(lái)后,整體電壓是.串聯(lián)后工作電壓雖增加了倍,不過(guò)額定電流可是不變沒(méi)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(huì )爆炸是不曉得,不過(guò)引起電線(xiàn)過(guò)熱溶毀電線(xiàn)短路引起火災是非常有可能的.
　　目前Marui的電動(dòng)槍系列大部分都是使用內部構造相似,彈簧強弱也相近之mecabox,為了配合馬達的驅使Marui訂制了專(zhuān)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(guò)由於電動(dòng)槍的威力不強,大部分的槍友們都會(huì )另行購買(mǎi)改裝套件,包括將彈簧改強一點(diǎn),使得原廠(chǎng)電池的推動(dòng)能力降低,充飽電之后能射擊數十發(fā)至數百發(fā),甚至完全推不動(dòng)齒輪導致電流過(guò)大燒掉保險絲,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,藉以彌補推動(dòng)能力不足之遺憾.茲將此兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)說(shuō)明如下.

　　1. 提高容量
　　電動(dòng)槍改強之后消耗電流增大,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(méi)改太強,就不用擔驅動(dòng)馬達的大電流會(huì )太過(guò)傷害電池,超大的容量,讓槍手不須再攜帶數條備用電池,不再有打沒(méi)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,在狹小的槍身內部是沒(méi)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部以及前護木內,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左右的大電池勉強塞進(jìn)去不成問(wèn)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(xiàn)接頭從縫隙拉進(jìn)槍身內接好.當然,丑不垃圾的外觀(guān)破壞槍枝美感是無(wú)法避免的了,重重的電池也讓手臂增加不少負擔.不過(guò)使用電池袋外掛也有個(gè)好處,電池能獲得較佳的散熱,壽命比填裝在密閉的槍身內部發(fā)燙還長(cháng).
　　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(méi)改太強對於此容量又可以接受的話(huà),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(wú)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(mǎi)電池來(lái)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(dòng)馬達時(shí)隨著(zhù)容量的消耗電壓逐漸降低內阻逐漸增大,電流也逐漸減小,當電流小至馬達無(wú)法推動(dòng)齒輪而停下時(shí),電池的殘余容量相當的多,彈簧越強殘余容量也越大.此種提高電壓的方法會(huì )讓流過(guò)馬達的電流大一些,馬達比較不容易因為電流不夠強而被齒輪拖住,殘余容量也能小一些,活塞每多轉一行程子彈就多射出一發(fā).不過(guò)有一點(diǎn)得注意的是,電池串聯(lián)時(shí)容量并沒(méi)有增加,在相同的電池容量下,耗電流增大會(huì )使馬達轉速增加,子彈射擊的速度增快(發(fā)/分),相對的會(huì )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和時(shí)間,而使用在全自動(dòng)射擊時(shí),打得很過(guò)癮,不過(guò)很快就又得填裝子彈(都是錢(qián)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,若戀戰下去很快地會(huì )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(lái)推動(dòng)M100的彈簧(初速100m/s)壽命還沒(méi)問(wèn)題,若欲驅動(dòng)更強的彈簧時(shí),以大容量之電池來(lái)驅動(dòng)才是正確的方法.