三洋 聚合物锂电池 工匠的装备 篇三：通用充电器选购心得

工匠的装备 篇三：通用充电器选购心得

写作背景

最近在张大妈家看到值友“麦克阿摄”的电池与充电器系列文章，觉得写得很不错。细读文章，注意到他的电池主要应用场合是婚礼摄影中的闪光灯，要求内阻小、回电快，否则错过精彩瞬间，带来的是永远的遗憾。这种用途已经不像一般家用的要求，而是类似商用的标准，价格自然不是问题，因此看到他推荐的多是爱乐普等高端品牌，综合应用成本较高。笔者准备结合自己历年的使用体会，介绍另一种电池与充电器的选择思路，以数量代替质量，满足家庭不同阶段对电池的需求波动。介绍的内容既包括工作原理，也包含经济选购的思路。范围除了镍氢电池，也顺带介绍一下锂电池和铅酸电池的通用充电方案。

关于文章的写作深度，笔者也存在一定困惑。古人云：授人以鱼不如授人以渔，但当今轻阅读正逐渐成为快时尚。写的鱼多点吧，顾虑有人批评：“拿大家都知道的常识来骗金币，真是无语了！”那多些点渔吧，估计又会有这样的看法：“几块钱的电池充电还要看曲线，累不累呀！”众口难调之下，鉴于麦克阿摄同学的文章以鱼为主，还都是三文鱼，笔者就多介绍一些渔，并谈谈草鱼的口感，互为补充吧。本文涉及的充电原理，只能说科普水平，很容易理解，但也明显增大了篇幅。对原理不感兴趣的值友也可以直接阅读各部分用加粗体 字写的结论与建议。

家用电池的需求分析

便携电子产品用内置锂电池供电的情况越来越普遍，笔者曾经也像很多值友判断的那样，以为通用的5号、7号充电电池需求会越来越小。直到有了小孩，从一个旋转的床铃开始，才发现儿童玩具对通用电池的需求远远超出想象。下图是一对1:24赛车和遥控器的电池仓，可以看到共需要10节5号电池，适合与小孩在室内围着餐桌跑圈竞速。

如果玩适合室外的1:14遥控赛车，通常一套车身需要8节电池，遥控器需要4节以上。其他类似的电动玩具，只要其中有电动机，普遍比较费电，用一次性电池既不经济又不环保。特别是玩具设计中为避免熊孩子把电池抠出来咬，电池仓盖上都有紧固螺丝，拆东墙补西墙的用法也很不方便。随着孩子对新玩具兴趣的逐渐转移，这些电池往往尚未用完容量就开始闲置自放电，孩子忘记关电源开关的情况也时有发生。但笔者认为也不能全说孩子粗心，例如下面这个玩具的三掷拨动开关，1档是关，3档是开，那么2档算几个意思？

等到过一段时间又想起来玩时，部分玩具已经不能工作了。拆下电池量电压，时常发现个别单体严重过放，电压极低，是造成非战斗减员的主要原因。这样的电池快速充电器无法识别，只好先在慢速充电器上“养伤”。

Q：“为什么不想着点及时充电？”

A：“玩具很多，到处乱放，根本记不住哪些快没电了，除非建个台账。”

这种恶劣的使用环境，笔者觉得买三洋、松下也是浪费，说实话是买不起那么多。当时所购品牌以品胜、次世代为主，容量多数是1300，1600mAh的，基本够用。也有少量2200，2500mAh的日系电池，因为自放电率比较高，使用体验并不算好。笔者认为：在预算一定的前提下，购买玩具电池的重点是保证数量。

当然还有些小家电如上图中的百得洗碗刷，血压计，普通手电，夜间感应灯，电子词典，各种遥控器，无线鼠标/键盘，插卡的冷热中水表，燃气表，燃气灶等，对电池自放电率要求很高。笔者正在使用的红外无线探头使用9V电池，耗电很少，但更换不便，使用200mAh飞狮低自放电池后实测相当耐用。容量更大的雷摄280mAh电池自放电率高一些，用在容易更换的感应灯上也不错。

回顾了通用电池的常见用途，没有想到单纯要求大容量，非2700mAh不可的家用场合。至于无绳电动工具的供电，厂商会配置专用电池组。现在各品牌2000mAh左右的电池性价比很高，可以作为优先选择的容量。综上，笔者认为家用通用电池的选择思路是优先保证数量冗余，其次选择低自放型号，容量倒不是关键指标。

随着技术和商业的进步，近年值友们购买电池物美价廉的选择已经很多，特别是京东在6.18和11.11做的电池满200减100活动，配合满百减十东券和满百减十白条券，很容易买到4折的价格。这就为以数量压倒质量创造了必要的条件。

例如这款飞狮低自放电池，折扣后价格仅为3元/节，笔者去年双十一购买了不少。

又如这款斯丹德电池，产品介绍适用于闪光灯，去年分类在摄影附件项下，同样具有较大的活动折扣。笔者一年多前购买的价格是3元多/节。今年更换了包装，也放到数码配件/电池项下了，超值活动时同样能达到3元/节。

上述电池虽然价格低廉，但性能并不算差，说明中都有低自放的宣传，经过2~3次充放电循环后测试的电池内阻如下图（毫欧）。

虽然没有爱乐普内阻那么低，一致性那么好，但日常家用已经是绰绰有余了。如果不考虑商用闪光灯这种短时大电流放电的极端场合，内阻低于100毫欧就挺好用了。至于最大循环次数和容量衰减的测试，因为孩子上学后已经过了玩具消耗电池的高峰，手边有不少电池还没有开始使用。前些年用过的也纷纷达到了日历寿命，正在逐步退役。回忆起来，很少有超过30次充放电循环的情况，远达不到镍氢电池平均几百次的循环标准，宣传中爱乐普2100次与飞狮1000次循环的区别对多数消费者没有影响。

举个不一定恰当的例子：从效能上对比，爱乐普和飞狮在经常过放电的家用环境中使用，就像苏联——芬兰冬季战争的战场，最大的损失不是战斗中的对抗，而是严寒气候造成的非战斗减员。此时无论投入近卫坦克师还是边防步兵师，作战绩效的区别不大。从经济上对比，大家想必看过电影《狂怒》中精彩的坦克遭遇战。一辆虎式与四辆“谢尔曼”对抗，虽然虎式装甲更厚、火力更强。但遇到从多个角度攻击的“谢尔曼”，终于被击中尾部发动机，形成1:3的交换比。而德国工业生产中一辆虎式重型坦克消耗的工时远比美苏生产3辆M-4，T-34这类中型坦克多。

回到电池上来，数量优势的策略同样会影响到充电方案的选择。设家庭需要的电池总数量为N，如果同样购买了N节电池，需要充电时就会出现对应电器无法使用的情况，自然希望尽快充好电，最好使用1小时甚至30分钟、15分钟这样的急速充电器，不但价格贵，高发热对电池寿命影响很大，对电池性能要求也很高。如果购买1.5N节电池，需要充电时可以使用备用的0.5N节循环，对充电时间要求就低多了，4~5个小时的快速充电器就能满足要求。再放宽数量限制，购买2N节电池，每个电器都有备份，使用12小时的慢速充电器就足够了，而且不挑电池，全系统成本明显降低。目前的价格体系是N节爱乐普的售价可以买4N节飞狮，急速充电器非常贵，快速充仅比慢速充略贵。（上述计算未考虑放电时间，如电器放电很快，还需要加大备用电池数量。）

因此，笔者推荐的家用电池系统选择方案是2N节低自放2000mAh左右容量的国产品牌电池 （大型电商自营的各种品牌电池活动价格仅4折，个人认为没必要再买工包电池了），配合定时0.1C多槽慢速充电器+0.3C快速旅行充电器+电池特性测试设备。 下图组合接近 上述要求，可以作为参考，理由在后面充电器测试章节具体介绍。

镍氢电池充电器介绍

充电器通常按照充电时间分类，假设所充电池容量为C，以0.1~0.2C电流充电的为慢速充电器，多为恒压充电，一般需要充12小时以上，充满后直接使用，无需涓流补电；以高于0.3C电流充电的为快速充电器，多为脉冲方式充电，一般需要充4~5小时，快充截止后也没有全满，需要0.05C涓流补电；以0.8C以上电流充电的为急速充电器，多为带放电脉冲的正负电流充电，耗时从100分钟到15分钟的都有，同样需要涓流补电才能全满。当然，充不同容量的电池时，快充慢充成为相对的判断。不同的充电方式又导致充电器采用不同的安全保护策略，有时说某个充电器“傻”是因为并不需要它“聪明”。看到“麦克阿摄”值友对经典的慢速充电器不但批评为“傻充”，甚至还挖苦为“傻傻充”，笔者非常痛心，希望为其正名。下面放一张根据用过的或了解的充电器总结的功能分布表格：

表格用四个维度描述充电器的效率、保护、信息和设计特色，序号较大的功能更复杂一些（不敢说绝对正确）。这样，对于充电器的功能描述更加全面。例如下图这款充电器，是较为低端的慢速充，却又可以支持单节充电。

用是否成对充作为判断充电器档次的依据就不太合适了。与其用傻充或智能分类，不如直接描述为E(1)P(1)M(1)A(2,4)型充电器，定义更加准确。之所以说A(2,4)是因为它之前有防尘盖，被笔者弄掉了。经年累月，电池仓就脏成这样了，请值友们别笑话。平时已经很少用它了，这次为了写文章，证明慢速充也有独特设计，请它再出场露露脸。正式采用示波器测试的充电器包括下图这9款，左边的功能更多，下排的是京东在售的商品。上排的部分已经停产，但在淘宝上还有不少二手货源，而且社会保有量也很大，因此准备按时间轴回顾的方式一一介绍一下。

笔者自中学听磁带随身听时开始使用充电电池，那时大家都用镍镉电池，容量500mAH，约10元一节，当时算是很贵的价钱。日系品牌为主，有真有假。后来按照消费者权益保障法的双倍赔偿原则赔付的第一起案例就是王海先生因为买到假充电电池而获得的。之所以提到这事，是因为如果他买的是工包电池、锂电芯单体，可能就不能被认定为消费者，并享受三包服务了。用这么贵的电池，大家自然觉得好马需要配好鞍。市场上中高端充电器成品不多，而《无线电》、《电子世界》、《电子报》等科普报刊上的先进充电电路满坑满谷，笔者自己就做过用7805三端稳压器的恒流充电器，用NE555时基电路+CD4017脉冲分配器+LM358双运放组成的带放电脉冲和电压检测的充电器，现在看起来也算是不错的设计。年前收拾屋子的时候居然找到了电路板（部分元件早已拆掉用作他处，主要部分还在），更觉得应该利用春节长假用心写一篇文章，纪念充满好奇的年代。

因为自制充电器，对电池的充电原理需要有所了解。充电过程中，电池开始能接受的充电电流大，越往后越小，形成一条下降的指数曲线。如果强行提高电流到曲线上面，超过部分并不能充进电能，而是会分解电解液产生大量气体，影响电池寿命。另外，充电时电池正负极附近离子浓度不平衡，参与化学反应的少，反应生成的多，而且极板空隙中生成气体，都会影响充电化学反应速度，消除这种现象称为去极化。通常用充电时设置间歇的办法给离子留出扩散至平衡状态的时间，从波形上看就是脉冲充电；用加入短暂大电流负脉冲的办法使生成的气体脱离极板，并能提高随后正脉冲充电时电池的接受率。

镍镉/镍氢电池充电时，电压曲线如上图所示。简单的充满判断方法是达到最大电压Vmax或在固定充电电流下达到充满时间Tmax。但不同温度，不同充电C数，新旧电池的Vmax不尽相同；充电时电池不一定完全放电，Tmax可能过充。复杂些的判断方法是当达到充满的C点时，首先电压不随时间增加，形成电压零增量0△V，接着电压随时间降低，形成电压负增量-△V。充满后电池温度迅速升高，形成约每分钟1℃的温度变化率△T/△t，检测这几项指标都能够判断电池是否达到充满状态。镍镉电池的-△V非常明显，但镍氢电池的-△V很小，且在0.3C以上的充电电流时才容易检测到，一般是用0△V结合-△V一起判断，因为对精度要求高，并不是所有快充都判断得很准，可能过充，也可能充不满。还有一种备份的安全办法就是检测电池的绝对温度，当达到较高的设定值时暂停充电，直到温度下降到安全的程度。好麻烦呀！Q：有这么多电池还在乎时间？干脆一直放在充电器上用涓流充电，随用随拿，不是既能充满，又保证安全吗？

A：长时间采用涓流充电时，电池内将产生枝晶，能够在正负极之间扩散，甚至会造成电池内部短路。

总算把原理跳过去了，下面接着讲故事。

上大学后，为练英语听力（理由好像很耳熟），收音机、随身听的使用频率更高。那时大家已经开始使用镍氢电池了，虽然自制的充电器调一下截止电压也能用，但总担心可靠性不高，别把宿舍搞得着了火。就在家乐福买了超霸充电宝套装。以后经年又陆续买过充电宝二代，以及其他工作原理简单，但有一定设计特色的充电器：如能够单槽充电的、适配1至7号多种电池的、多电池槽的、对流电池仓的等等，都是慢速充，就不细说了，举三个有代表性的介绍一下，分别是超霸充电宝1代和2代（保有量很大），以及雷摄多槽充电器（电商有货）。

这类充电器往往以套装形式出售，设计的充电电流为套装电池容量的10%，属于0.1C慢速充电器。一般用12~16小时才能充满。由于不是快充，充满就需要断电，不应该继续涓流补电。具体在充电效率、安全保护等方面有一些细微区别，下面进行对比测试一下。

测试思路是用示波器看充电器的输出波形（一看用虚拟示波器，明显是业余爱好者里不发烧的）。如果直接连到充电座上，实际看到的是电池的稳定电压。因此从充电座中引出导线，在回路中串联一个1欧姆电阻，用示波器量电阻上的分压，就能反映出充电电流的变化情况了。测试使用的三款普通充电器只能成对充电，还要在配对槽位放一节电池，完整连通电路。

超霸充电宝1代属于E(1)A(5)型充电器，是变压器降压，二极管整流，电容滤波的供电方案，因此输出电流为平稳的100mA。在当时普遍应用1000~1300mAH电池的年代，正好是0.1C充12至16小时。由于电流小，即使多充一段时间也没太大影响，电池温升也低。但要防止忘记充着电的情况，最好加一个下图这样的定时插座，到12小时自动断电，就相当安全了。

目前大容量电池已经非常普及，充电宝1代的电流连0.1C也算不上了。但遇到电池严重过放电，快速充电器不能识别的情况下，可以用它先充几个小时，达到一定的可识别电压时，再转到快速充电器上使用。

超霸充电宝2代属于E(1)P(3)M(2)型充电器，是变压器降压，二极管整流，无电容滤波的供电方案，因此输出电流是工频脉动直流波形，设计适配套装中1600mAh电池。前面的原理部分已经介绍了，脉冲充电有助于去极化，能提高充电效率。此外，充电宝2代具有定时停充功能，从接上电源开始，16小时自动截止，指示灯由红变绿。

雷摄多槽位充电器属于E(1)A(3,5)型充电器，是开关电源供电，因此呈现带有较多毛刺的稳定直流波形，优点是开关电源的电压适应范围较宽，可用在100~240V电源上。设计适配套装中2700mAh电池，5号电池充电电流为250mA，7号电池充电电流为150mA。电池仓底部有密集散热孔，电池充电发热时可以形成无源对流，降低电池温度。笔者认为如果厂家用这套模具改成单槽独立慢充，配合定时插座，就会成为用途非常广泛的经典充电器。

因为经常使用，笔者一直保持着对电池和充电器的兴趣与关注，特别是养成逛京东商城的习惯后，可以在种类丰富的充电器中比选，陆续购买一些性价比较高的快速充电型号，主要是套装形式。因为把电池按同款折算后，充电器可以算是白菜价了。测试的型号包括品胜快易冲2200mAh快速充电套装（现已升级为2500mAh电池），

和斯丹德2100mAh快速充电套装（现已升级为2200mAh电池并更换了包装），

这两款快速充电器不挑电池，仍然可以串联1欧姆这样的“大”电阻用相同方法测试。斯丹德NQ-002属于E(6)P(1,2,3,4,5,6)M(1,2)A(1,5)型充电器（看这序号，显得非常强悍吧）。笔者购买的套装除去电池的对价后，充电器仅折合不到十元！开始并不太重视，特别是折叠插头活动几次后就卡不住了，得使点巧劲才能插好，因此平时用得比较少，看了波形才知道应该刮目相看。

接电后先用几秒钟识别是否是可充电电池，识别正确后开始以几十千赫兹，小占空比，带放电脉冲的波形充电。

经过约2分钟后，波形占空比自动增大，也就是说充电电流随之提高。前面提到过，这样的波形去极化效果非常好，也有助于提高快充时电池的接受率。

但是笔者有点疑问的是之前从未见过用这么高频率脉冲充电的设备，倒是有铅酸电池修复仪使用几十千赫兹脉冲活化极板。于是又把采样频率调整到每格1秒钟，可以看到斯丹德NQ-002每充放电2.5秒，暂停0.5秒，作为电极附近的离子浓度扩散平衡的间歇。按照其京东页面的说明，主要的充电保护功能基本都具备，实际使用中电池都是单节独立管理，充满自停，指示灯由红转绿。开放式电池仓底部有很大开口，便于对流散热。本想拆开看看，但外壳可能是超声波焊接，没有紧固螺丝。重量非常轻，因此估计使用的是外围元件很少的专用充电管理芯片，那么这种高频脉冲充电想必也有其理论依据。综上，笔者认为这款产品性价比非常高，适合旅游携带和途中快速充电。本来选这个品牌是想买块相机电池，没想到偶遇这种优秀产品，给大家看看最终价格，真希望当时在商品数量后面再添个零。

品胜快易冲属于E(5)P(1,5,6)M(1,2)A(1)型充电器，这个型号已经在市场上销售较长时间了。刚上市时性价比还不错，目前在竞品电池和充电器纷纷降价的情况下，吸引力就不足了。

快易冲采用开关电源供电，充电波形为标准的0.5Hz方波。单槽独立充电，充电时指示灯闪烁，通过电压变化率检测电池是否充满，确认后指示灯常亮。笔者使用中感到其温度控制做得不太好，电池温升较高，其中有部分来源于开关电源发热通过电池极片传导所致。例如在电池仓两边各放一节同款电池充电，左边离电源部分近的明显更热一些。如果没有便携需求，电源与充电器分离的设计能够有效避免类似问题。

笔者较早前也关注过Maha MH-C9000等高端充电器，看重的就是各种电池分析功能。07、08年淘宝上卖500元左右，笔者这样有DIY习惯的人看什么都嫌贵，就用万用表搭电路测试，可远没有Maha方便。后来发现京东上也出售类似产品，价格仅为Maha的几分之一，就毫不犹豫地买了一个惠泽BT-C2000，约160元，已经比Maha经济多了。现在时常缺货，放一个卡片，供大家参考其功能吧。

由于笔者经常在自己家和两边父母家来回跑，常用商品得考虑买三份。看到惠泽又推出一款更小巧的BT-C700型号，就又买了一个。因为分类在电脑办公项下，用不了电池优惠券，实际约110元买到的。

这两款充电器固件基本相同，都属于E(3,4,5)P(1,2,4,5,6)M(1,2,4,5,6)A(6)型充电器，少量区别是C2000的快充电流更大。如果把电池放到两边的快充槽，C2000最大可以设定1400mA的充电电流，而C700最大只能设定1000mA，这都已经达到急速充电器的标准了，因此电池温度的管理非常重要。

从上图中可以看到，充电电极旁边有温度传感簧片，可以直接测量电池本体温度，比电路板上通过充电极片传导温度的方案准确并可靠。从说明书上了解到，它们采用的都是最高温度限制法保护电池，达到60℃时自动停充，没有提到使用了温度变化率△T/△t检测充满的功能。其他的功能中，可调电流是通过改变脉冲的占空比实现的。

在以200mA电流充电时，波形是下图这样的方波，脉冲频率约为几十Hz。

在以1400mA电流充电时，方波的占空比明显提高，如下图。脉冲频率同样为几十Hz。由于串联了1欧姆电阻，对于电池内阻的数量级来说已经相当大了，实际充电电流只有几百毫安。笔者改用后面测试中用到的低阻值电阻测试大电流充电模式，波形完全相同，没有发现这两款充电器在大电流充电时能自动使用负脉冲，去极化效果会受到一定影响。

两款充电器都具备独立放电功能，也是采用几十Hz频率的脉冲方式放电。这种功能可以用来计算自放电率，也是其他修复、测试等功能的基础。

由于具备数字显示屏，充电器可以向用户提供丰富而准确的电池信息。除了测试电池容量、内阻等分析功能，还可以活化修复老旧电池。其原理是通过多次完整的充放电循环，降低电池的极化现象。需要强调的是，修复仅能增加电池容量，但不能降低内阻。笔者实验过几次修复效果，结论是：修复所需时间很长，恢复的容量不多。新电池这么便宜，没必要费这功夫了。这类充电器的最佳用途是当做电池测试仪，找出容量、内阻接近的电池单体配对使用，可以提高放电效能，避免较差的电池成为木桶的短板。

特别是做上图这样的电池组时，如果选择的电池特性明显不一致，套上热缩蒙皮后可就不好拆了。

在购买两款惠泽充电器之前，笔者因为小孩玩具对电池的大量消耗，也使用过流行的三洋快速充电器系列，下图中是M55和万胜版M60快充，都属于E(5)P(1,2,4,5,6)M(2)型充电器。这系列充电器做工好，功能多。采用的是简约主义设计风格，仅有一个指示灯，充电时亮，全部充满后才熄灭，能提供给用户的信息很少。M55的体积非常紧凑，外壳紧贴电池的轮廓，这种外观设计思路继续沿用在爱乐普的充电器上。笔者认为其最大缺点是非常挑电池，稍微旧点的就会被拒充，充有些国产品牌截止过早，充不满，此处使用三洋代工的原配电池。在测试中，外侧电池槽单放电池是大电流充电模式，更加挑剔，因此使用内侧的充电槽。

串联1欧姆电阻过大，显然不能考虑，但电阻太小的话，分压很低，示波器又量不出来。因此串联了一个1欧姆康铜丝电阻，在上面滑动寻找充电器不拒绝的位置，总算在2厘米的短短一段处达到充电器认可的内阻了。此时无法根据量出的电压乘以已知电阻值折算充电电流大小，就夹了一块钳形表看电流。

勉强测出的波形如下图所示，是1Hz方波脉冲，虽然没有放电脉冲，但间歇时间较长，也可以起到较好的去极化效果。

M60带有镍镉/镍氢选择开关，可满足镍镉电池较高的充满截止电压。虽然已经没有镍镉电池商品出售，但笔者曾经买过放电电流较大的玩具，自带的是工包镍镉电池。保留一个这样的充电器也算有备无患吧。由于淘宝上还有很多类似的充电器在售，笔者建议只有在使用高档或较新的电池时，才购买这类产品。可以说，鞍确实是好鞍，但只有好马才配得上。

至此，笔者手边的镍氢电池充电器都已经介绍完了，但分类表格（再贴一次，看着方便）中E(7)P(7)M(7)A(7)档次的顶级充电器还没出现呢，它们更多是传说。E(7)是拟合充电曲线功能，原理如下图。

且不说各种电池的充电接受曲线不同，动态检测并调整拟合充电曲线很困难，单是为开始几十秒的大电流阶段设计大功率电源就很不经济，沿指数曲线的下降设计逐渐变小的多档电流，形成台阶型是能够做到的，但台阶太多同样也不合算。惠泽充电器的算法是接近充满后把充电电流降低为开始设定的一半，最后是恒压，看起来像两级台阶加很缓的坡道，与最优充电曲线也相差甚远。当然，如果不在乎充电时间，也不必在乎曲线形状。

P(7)是温度变化率检测，需要准确测量电池实时温度。上述充电器中只有惠泽具备较好的硬件检测条件，但说明书上也没介绍采用了△T/△t检测算法。M(3)电压分段显示是通过3个LED或3段液晶屏显示电池电压，一般按照放电截止电压0.9V亮1个灯，1.2V亮2个灯，慢速充满时1.4V亮3个灯的办法显示电池状态，算是单灯和数显的折中状态吧，如下图所示。

M(7)功能是把电池充放电曲线输出到PC上分析，适合做电池组使用。专业电池组要求单体不但容量和内阻一致，放电曲线也尽量重合。一般消费者可能用不上，但如果确有组电池的需求，这项功能还是很有用的。下图是明智SPX-936D输出到PC端联机软件的电池充放电曲线。

网上常见的明智、慧眼系列智能充电器功能非常丰富，以前听说电池仓极片等小五金件质量不太理想。现在过了这么多年，这种小问题想必早就解决了吧。因为笔者都没有用过，所以也就无法评价了。涉及到的A(4)通配电池仓功能与五金件质量可算关系密切。

这种能研充电器的电池仓使用带弹簧滑轨的电极挡板，可以安装不同尺寸的电池，但弹簧拉力与电池支持力不同轴。如果滑轨质量不好，容易变涩，影响接触电阻，更适合经常玩各种尺寸锂电的用户。A(7)有源电池仓是靠风扇加强电池仓的空气流通，提高散热能力，适合急速充电场合。下图是三洋15分钟急速充电池仓下面的风扇。

前面介绍的惠泽充电器也建议在大电流充电时外加风扇散热，否则会频繁启动过热保护，待温度降低后再充。这样大电流快速充电带来的时间优势就完全被抵消了。

虽然购买过不少充电器，但并不都符合笔者现在总结的选购策略。固然有历史选择范围不足的原因，也有出于爱好交学费的因素。无论是“麦克阿摄”值友保证品质的原则，还是笔者数量优先的思路，都是根据各自的使用环境做出的判断，这个选择的过程也充满经验和教训，希望在此把个人体会分享给大家：

1、对于不想在研究电池上花时间的值友，笔者建议选购 上面提到的 3元/节的低自放，容量2000mAh左右的镍氢电池2N节以上， 平时没折扣就在特价活动时多储备一些。使用可充单节电池的多槽0.1C慢速充电器，搭配12小时定时插座充电 。慢速充电池温升低，也不需要复杂的保护电路，是标准/经典的充电方案，比一些△V截止算法不好的快充更安全。使用一段时间后，电池一致性会变差，为避免混用，可以先充满电，在电器上用掉一半，再用万用表测带负载电压 ，选出明显偏低的淘汰或与类似的旧电池用在小功率电器上。下图这种万用表的电池档是带负载测量的，适合初步检测电池使用。如果实在买不到可充单节的慢速充电器，成对充也勉强可以接受，注意避免把新旧电池配成一对充。

2、如果使用放电电流较大的电器 ，例如闪光灯、电动螺丝刀（通用电池版）等，最好也使用较大的电流充电，保持其大电流放电能力。建议使用0.3C快速充电器 ，各种保护功能也更加全面。选择小体积折叠插头的，更适合旅行携带并在短暂的休息时间完成充电。

3、如果手边电池很多，新旧程度不一，最好使用电池测试设备分类使用 。淘宝上有各种几十元的裸板测试仪出售，笔者感觉不如买上面介绍的惠泽充电器，主要功能都可以测试，产品完成度也更高。虽然功能上完全可以替代旅行快速充，但电源线占体积，液晶屏怕挤压和跌落冲击，还是用普通的旅行充更放心。

由于镍氢电池充电器原理早已成熟，技术含量不算很高，因此生产厂家众多，笔者用过和了解的只占很小比例。值友们选择时可以根据说明书的功能介绍，背面的参数标示等信息，外壳精细程度，电极簧片的光泽/弹性等判断质量。有条件试用的还可以看看大电流充电时的温度管理水平，别摸着烫手就行。希望各位值友选好适合自己使用环境的电池系统。

锂电池充电方案介绍

由于锂电池比镍氢电池能量密度高，已经在很多场合替代了后者。家用有两种思路：作为消费者使用成品电源或作为专业客户使用电芯单体。航模用的平衡充属于专业充电器，就不在本文介绍了。

相对镍氢，锂电池更娇气一些，过充电或过放电都会对电池造成很大的损害，因此被默认为“小白”的消费者，基本上是带保护板使用的。给锂电池充电，也是经过了保护板这个外壳，这样具体充的是锂离子电池还是锂聚合物电池，标称电压和充满电压的准确数值，自然有专用的保护板调节。总之单节充电电压不超过5V，普通的5V USB口充电头就算是家用的锂电池通用充电器了。设计上的主要区别就是总功率大小，有多少个USB插口，单口最大输出电流等指标。从某种意义上说，手机移动电源也算是锂电池通用充电器，只是由电池供电而已。

这类充电头多是开关电源输出5V直流电，有些考虑了线损可能增加零点几伏。一般背面的标示就足够介绍清楚了。

从消费者角度看，如果使用锂电池，最好充放电都经过保护板。除了航模、电动工具等个别情况，因为放电电流太大而绕开保护直接放电，其他中、小负载保护板基本能够承受。甚至把移动电源直接当做5V通用电池也不错。

一般单片机、配套的传感器板，都是5V供电；玩具电机额定电压6V，12V较为常见，因为电压适应范围宽，分别对应5V或10V、15V也没什么问题。只要买一些USB插头，根据需要串联即可，常见的2A输出也基本够用。如果顾虑体积有点大，移动电源也同样有1至8节18650供电的型号，更大还有上图中旅行箱外形的26650供电版本，体积有大有小。笔者以前常用单体锂电芯改装玩具电源，有时因电机启动电流大而绕过保护板，导致过放电而报废过一些。现在更推荐直接用移动电源供电，特别是京东折扣价格比买同样数量的电芯还低，相当于厂商负责专业的采购、质检，自营电商提供品牌筛选、售后等服务。（当然要是拆电芯也就没售后了。）

笔者觉得看到这张图，移动电源厂商会调高年度销售计划。其中的橙色未拆封电源是倍斯特品牌。

刚入市时《微型计算机》上有介绍文章，厂商声明用的都是LG/三星电芯，现在的提法是“良芯”，不知用什么品牌。笔者陆续买过十几块，最低一次是几个月前在京东移动端限时特价页面，算上各种优惠约30元/块，比在淘宝上买4节名牌电芯价格更低。还有一些是半岛铁盒移动电源，也是在限时特价页面实付不到50元/块买到的。

网上有拆机图片介绍采用的是Boston-Power锂电芯，形状是扁圆柱，相当于把两节18650并联，但可以充分利用两个圆柱之间的空间，容量比下图中的介绍小一些，如果单用电芯就需要参考表格中的充电参数了。

这款电源较重，单位容量价格很低，笔者觉得超值，先后购买过5块，前面买的是4节Boston-Power扁圆电芯，但后面收到的电芯已经换成了普通的8节18650。

也就是说买移动电源有一定运气成分，同一型号的先后批次可能有所差异，厂商也不会具体说明。如果不太认可直接用移动电源的思路，那就要和形形色色的锂电单体打交道了。这么用电池就把身份转换成了需要具备安全使用知识的专业客户，先从充电曲线介绍起吧。

锂电池传统的充电方式是CC/CV法，即先以0.2C至1C的电流恒流充电，达到4.2V时改为恒压充电。如果初始电压过低，就先用0.05C涓流补电，达到2~3V以上时再开始大电流充电。锂电池放电截止电压一般是2.7V，如果过放，很容易损坏。虽然谁也不希望自己用到涓流充电的机会，但根据墨菲定律，可能发生的故障总会发生。

图中是一把使用锂电池供电的电动螺丝刀，过度放电到保护电路不认，插上电源也不能充电的程度。只能先用充单体的锂电充电器激活，小电流充到2V以上时，再插上原配充电头，保护电路就能正常工作，直到充满了。这种充电器成本很低，淘宝上有很多为某款电子产品（例如相机）设计的专用充电器，当出现库存时不能转为他用，就在网上很便宜地出售，买几个就可以自组多路平衡充。不过笔者现在也不建议这种做法了，因为锂电池的标称电压与充满电压标准都在变化。过去锂离子电池标称电压3.6V，充满电压4.1V，锂聚合物电池则分别为3.7V与4.2V。现在也不知道是工艺材料发生变化，还是采用以容量换循环次数的激进充电理念，锂离子的变成3.7V与4.2V，聚合物的更提高到3.8V与4.35V，对应的保护板起到了自动充电说明书的作用。如果没有保护板直接充电芯，旧款充电器的截止电压可能不足以充满新款电池，那就需要一个可调直流稳压电源作为通用充电器了。

上面的卡片是京东自营的直流稳压电源，是开关电源，功率更大一些，差不多还够充轿车用的铅酸电池。笔者是在京东第三方商家购买的美瑞克品牌类似型号，是线性电源，功率小一点，纹波性能更好一些。这种电源具备恒流/恒压特性，恰好可以满足锂电池的充电方式，下图是说明书中的介绍。

具体操作是先把正负极短路，设定最大恒流输出。例如设为0.8A。再设定输出电压为4.1V，接通充电电路。电源如果直接输出4.1V电压，充电电流会很大。此时，电源优先保持0.8A的恒流模式，输出的电压仅2.6V（又是一组过放的电池），以后电池逐渐充满，维持0.8A电流所需的电压也越来越高，直到达到4.1V后，电压就不再变动了。充电电流则越来越小，直到完全充满。该过程完全符合CC/CV的锂电充电模式，而且充电电流、截止电压都可以人工调整，适用于不同类型锂电池的细微差别。

至于直接充单体电池设定多高的截止电压问题，只能看电池的参数说明，聚合物电池要略高0.1V。至于从外观上区别，圆柱形的锂离子电池大家都经常见到（上图中粉色的），也有内部带圆形保护板的（上图中金色的）。聚合物电池扁平片状居多，节省电器内的布置空间。

但也有锂离子电池为了同样目的做成扁平方块的，区别是外壳一般是钢制，兼作电源负极。而聚合物电池外壳是个铝箔袋，不带电。

综上，笔者建议如果带保护电路使用锂电池， 通用充电器的选择非常简单，使用最大输出电流能满足需求的5V充电头即可。如果直接使用各类单体锂电芯，则需要配合恒流/恒压充电器。带有这种功能的直流稳压电源通用性最好，可以结合电池技术参数人工设置不同的充电条件，能够做到既安全，又 充满 。

铅酸电池充电器介绍

铅酸电池能量密度低，给人的感觉是又大又重。但成本低，能大电流放电，在发动机仓这样的恶劣环境下比锂电安全。因此在汽车、电动自行车、后备电源等场合还有广泛应用，家庭用途主要就是汽车、电动车电瓶。从汽车设计角度，启动时需要电瓶大电流放电，行驶中发电机给电瓶充电，似乎没有专门购买充电器的必要。

笔者研究铅酸电池充电器要从一次电瓶亏电说起。一次回家停车时忘记关阅读灯，第二天早晨就打不着车了。好在备有大线，并联启动成功，接着又开了几天，也都能正常着车。平时基本是走走停停的堵车路况。周末用万用表量了一下电瓶电压，大约12V，觉得有点偏低，就犹豫是否需要买个充电器，平时给电瓶补足电，用着也踏实。在京东上查各种铅酸电池充电器的说明，对这款纽福克斯6814N很感兴趣。

这系列产品按最大充电电流划分档次，虽然笔者估计不一定用得上12A的充电电流，但这款带电池修复功能，比它更低的8A型号就不带修复了。出于尝试修复电池的好奇心，笔者也就不犹豫了。

14年时这款充电器可能还比较热门，专门标示不能使用东券。接近原价下的单，谁知道这货15年频繁参加满200减100的汽车用品优惠。14年买到时还专门学习了一下铅酸电池三段式充电原理以及电瓶修复技术，简单科普一下吧。

这款充电器的三段充电法是先恒流充（自动或手工设置电流大小），再恒压充（14.8V），当充电电流降到额定值十分之一时，自动转为浮充（13.6V），这条曲线背后的依据就是针对铅酸电池充电提出的马斯三定律，根据电池充电接受曲线调整充电模式，充满后降低到浮充电压是避免电池析出过多气体。

铅酸电池修复的目的是消除极板的硫化现象，降低内阻。这款充电器采用的是高压（18V）小电流脉冲的方式使大的硫酸铅结晶转变为细小的晶体，重新参与化学反应，过程如上图说明书，下面介绍一下使用效果。

目前车上已经换了新电瓶，就用家里的小铅酸电池摆拍一下吧。充电器采用脉冲方式充电，曲线是下图这样的类似三角波的形式，频率约为一百多赫兹。如果用自动方式充电，充电器会根据测试的电池状态自动调整电流大小，并不是只有2A，8A，12A三个档位。在14.8V恒压充阶段结束后，会自动转到13.5V浮充，保持电池的充满状态。

实际充车载电瓶时可以找有220V插座的地方停车接线充，如果用高压修复功能需要把电瓶拆下来。这工作一回生，二回熟。先拆电瓶负极电缆，然后在极柱上盖个塑料盖或旧手套，以免接着用套筒卸正极螺母时短路。如果怕断电导致车载电脑丢数据，可以先用上图中的12V小电瓶并联在电极上。再次安装前最好用细砂纸擦擦电瓶极柱和接线片，降低接触电阻。电瓶商一般是把接线片略微拧紧，然后敲到极柱上，切削掉表面的氧化层。最后检查一下电瓶的固定挂钩是否扣好，以免开车时松动。充满电后，停车时笔者的旧电瓶电压从约12V提高到了约12.5V，说明还是补进了一定电量的。

很遗憾的是修复功能无法人工开启，只能由充电器自动判断是否需要修复。14年笔者试用该功能时电瓶已有3年的日历寿命，但充电器不给修。于是在电路中串联了一个低阻值电位器，增加“电池内阻”。想骗充电器启动修复程序后，再把电位器转到零位，这样修复电压就全加到电瓶两端了。结果确实在“电池内阻”较大时开启了修复程序，但其还有即时检测功能，一旦笔者把电位器调到零，修复程序就随之中止，结果就是没修成。以后也用过这个充电器，同样没有自动开启修复，直到15年冬天该电瓶彻底失效。笔者的疑问在于：4.5年的总使用周期中，到3年时就算挺旧的电瓶了。如果这时还判断为不需要修，那得多差的电瓶才能触发充电器自动开启修复功能？

当然电瓶失效可能有各种原因，这个免维护电瓶很可能是其中一块单元缺电解液，因为充电时一个角明显更热一些，迷宫式上盖这一侧的气孔口有白色物质，可能是溢出电解液后干燥剩下的硫酸铅，补不了电解液也就没法修了。这种修复功能可能更适合长期不用而过放的电瓶。其他失效原因懂得不多，也就不再谈了。从经济角度看，电瓶以旧换新也不贵。笔者认为，对电瓶修复这项技术似乎不能寄予过高的期望。

经过上面这番折腾实践，笔者对汽车电瓶的使用心得如下：如果改过原车电路或增加过用电设备，平时可以用钳表测一下停车时电瓶的放电电流，看有没有异常增大的情况。商家通常介绍汽车电瓶的使用寿命为3年， 周边的家用车都能用4到5年甚至更长。但超过3年后如果不换，最好经常关心电瓶的存电状态。 简单的办法可以用上图左边这种带电压显示的点烟器插头测一下，停车时经常低于12V就不太理想了；复杂点的办法可以用右边这种大电流钳形表测试电瓶放电能力，如启动电流（这表带最大最小值保持功能），停车时开大灯、前后雾灯，看电压下降幅度和回路电流。确认性能较差后就开始随身携带应急启动电源。

这件产品笔者认为还是相当有用的，内置动力锂电，足够启动一般轿车。也带有5V/2A的USB充电口，可以当做移动电源给数码产品充电。重量不大，携带方便，如果不经常使用，比那种用铅酸电池的手提式启动电源更适合家用。15年冬天，笔者车上电瓶失效，因为没时间修，就靠这块启动电源又撑了两天，至少能启动好几次，周末才到汽配城更换新电瓶。类似产品还有很多，在京东满200减100的汽车用品活动时也不贵，这款是160元左右买的，现在已经没货，放一个卡片供大家参考功能描述吧。

Q：电瓶以旧换新也不贵，比置办上面这些东西合算多了。怎么想的？

A：笔者对渔的兴趣远比鱼大，分享出来，就当为自己和值友们交学费吧。

后记

笔者的电池知识多来源于一些科普文章，并非专业期刊上的Paper。因接触镍氢电池较早，使用时间较长，相关内容更有把握一些；锂电方面前些年玩模型关注过，近两年新技术的发展了解不多；铅酸方面仅限于给汽车电瓶充充电而已，因为考虑到很多值友会遇到什么时候换电瓶的问题，就谈谈个人体会。大家可以根据这样的背景介绍决定对文章内容的参考程度。

谢谢大家耐心读完。

全聚合物电池将成本降低90%，生产过程像为面包抹黄油一样简单

更重要的是这种电池在破损时不会有起火风险，公司已经敲定了第一个客户

撰文 / 马晓蕾

编辑 / 张 南

设计 / 杜 凯

来源 / 彭博社 作者 Pavel Alpeyev

锂离子电池如今是科技世界里的主角，在我们的日常生活中，从手机、电脑到当下炙手可热的智能电动汽车，都离不开锂离子电池为它们提供驱动力。曾任日产电动技术开发负责人的堀江秀明（Hideaki Horie）在推动锂离子电池的商业化进程中功不可没，如今，他研发的全聚合物电池可以将电池的大规模生产成本降低90%，且安全性得到大幅提升。

堀江秀明在2018年自立门户，成立了APB公司，总部位于东京，旨在制造"全聚合物电池（all-polymer batteries）"，公司名称也由此而来。今年年初，该公司获得了一批日本企业的资金支持，其中包括大林组株式会社、工业设备制造商横河电机和碳纤维制造商帝国人造丝。

堀江秀明表示，“目前锂电池的生产过程中存在的问题是，整个制造过程的复杂程度几乎赶上了半导体这类精密仪器，而我们的目标，是将它的制造过程简化，更像钢铁生产。”

每一节电池的生产都需要在无尘的条件下进行，同时利用气闸来控制湿度，并保证持续的空气过滤和严格的精度来防止高活性材料的污染。这一系列操作都造价不菲，以至于韩国LG化学、中国宁德时代和日本松下等少数顶级企业会花费数十亿美元去建造一个合适的电池工厂。

堀江秀明所研发的全聚合物电池将传统锂离子电池的两大基本部件——金属内衬电极和液体电解质都用树脂结构所替代。这种方法极大地简化并加快了制造速度，整个生产过程就像"为面包抹黄油"一样简单。10米长的电池板可以"像座垫一样"相互堆叠。重要的是，树脂电池在穿刺时不会有起火风险。

双极结构全聚合物电池技术

全聚合物电池（右）将传统电池（左）中液态电解质和金属电极用聚合物取代，每一节电池的正面和背面由高分子聚合物电流收集器构成，且各有一个电极来构成单节电池外壳的一部分。将若干个这样的电池堆叠在一起，就形成了具有双极结构的电池组，产生垂直于电极平面的电流。

由于采用了双极性结构和聚合物成分材料，电池制造所需的零部件少了，因此，全聚合物电池在电池的尺寸和形状上具有很高的灵活性，这将有助于我们制造更厚的电极和更大的电池。

APB最大投资方之一的三洋化学总裁兼CEO安藤隆夫表示："全聚合物电池具有不易起火、不会因钻孔或切割而损坏、尺寸和形状具有高度灵活性、制造成本低等特点，将为创造可持续发展的社会做出贡献"。

先专注于非汽车领域

今年3月份APB筹集了80亿日元（人民币5.2亿元），虽然从广泛的行业标准来看，这个数字不大，但足以为一家明年开始大规模生产的工厂提供全套设备。堀江秀明估计，这笔资金可以使他的工厂在2023年达到1千兆瓦时的产能。

锂离子电池自三十年前首次商业化以来，已经取得了长足的进步。与10年前相比，它们的寿命更长、功率更大、成本降低了85%，成为推动智能手机和平板电脑增长的主力军，其内部功能越来越强大。但安全问题仍然存在，从特斯拉汽车到波音梦幻飞机和三星手机的几起起火事故来看，电池都是罪魁祸首。

"仅从物理学的角度来看，锂离子电池简直人类创造的最好取暖器。"堀江秀明说。在传统的电池中，一次电池穿刺会产生数百安培的浪涌电流，是普通家庭用电电流的数倍。温度会飙升至700摄氏度。APB的电池通过双极设计，避免了这一灾难性的情况，摒弃了现在的电力瓶颈，让电池的整个表面都能吸收电流。

但该技术并非完美无瑕，因为聚合物不像金属那样具有导电性，这可能会大大影响电池的承载能力。双极设计的一个缺点是每节电池只能背对背串联，更难对单节电池进行控制。成本的降低也不足以与现有锂离子电池相抗衡。在未来15年甚至更久，液态电解质的锂离子电池仍将是主流，虽然它并不完美，又很贵。

堀江秀明也承认APB无法与电池巨头竞争，因为后者投资了数十亿，受益于规模经济。因此，APB不会瞄准汽车领域的"红海"，而是会首先专注于建筑、办公室和发电厂。到2025年，电池市场在全球范围内的价值将达到1,000亿美元，是去年规模的5倍多。仅美国和中国在此期间可能会增长10倍，达到70亿美元，成为储能需求增长的主要来源。

堀江秀明的电池生涯

现年63岁的堀江秀明在锂离子电池诞生之初就开始了他的职业生涯。1990年2月，在他任职日产的早期，就开始了对电动汽车和混合动力汽车的研究。几周后，索尼公司宣布计划将锂离子电池商业化，震惊了押注镍氢技术的业界。而堀江秀明看到了这一前景，并在同年推动两家公司联合开展研究工作。

到了2000年，在日产决定放弃电池业务时，堀江秀明成功劝说戈恩投资电动车领域，这才有了日后称霸电动车领域10年之久的日产Leaf。堀江秀明在日产工作时就提出了全聚合物电池的想法，但没能得到公司的支持，无法实现。2012年，他在东京大学任教时，三洋化学工业株式会社找到了他，共同开发了世界上第一块使用导电凝胶聚合物的电池。2018年，堀江秀明创立了APB，三洋化学成为他的早期投资者之一。

堀江秀明表示，APB已经敲定了第一个客户，是一家大型日本公司，该公司的产品主要销往海外，具体细节最早会在今年8月份公布。"这证明了我们的电池是可以大规模量产的，"堀江秀明说。"我们正在让化学重新成为主角，电池制造商将只是一个组装商。"

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