Under laddningen oxideras det positiva aktiva materialet, vilket ger upphov till elektroner, och det negativa materialet reduceras, vilket förbrukar elektroner. Dessa elektroner utgör strömflödet i den externa kretsen. Elektrolyten kan fungera som en enkel buffert för det interna jonflödet mellan elektroderna, som i litiumjon- och nickel-kadmiumceller, eller så kan den vara en aktiv deltagare i den elektrokemiska reaktionen, som i bly-syraceller.
Energin som används för att ladda uppladdningsbara batterier kommer vanligen från en batteriladdare som använder sig av växelströmselektricitet, även om en del är utrustade så att de kan använda sig av ett 12-volts likströmsuttag i bilen. Källans spänning måste vara högre än batteriets för att tvinga strömmen att strömma in i det, men inte för mycket högre för då kan batteriet skadas.
Laddare tar från några minuter till flera timmar att ladda ett batteri. Långsamma ”dumma” laddare utan spännings- eller temperaturmätningsfunktioner laddar med låg hastighet och det tar vanligtvis 14 timmar eller mer att nå full laddning. Snabbladdare kan vanligtvis ladda celler på två till fem timmar, beroende på modell, och de snabbaste tar så lite som femton minuter. Snabbladdare måste ha flera sätt att upptäcka när en cell når full laddning (förändring i terminalspänning, temperatur etc.) för att stoppa laddningen innan skadlig överladdning eller överhettning inträffar. De snabbaste laddarna har ofta kylfläktar för att förhindra att cellerna överhettas. Batteripaket som är avsedda för snabbladdning kan innehålla en temperatursensor som laddaren använder för att skydda paketet; sensorn kommer att ha en eller flera extra elektriska kontakter.
Olika batterikemier kräver olika laddningsscheman. Vissa batterityper kan till exempel laddas säkert från en källa med konstant spänning. Andra typer måste laddas med en reglerad strömkälla som avtar när batteriet når fullt laddad spänning. Att ladda ett batteri felaktigt kan skada ett batteri; i extrema fall kan batterier överhettas, fatta eld eller explosivt ventilera sitt innehåll.
UrladdningshastighetRedigera
Batteriers laddnings- och urladdningshastigheter diskuteras ofta genom att man hänvisar till en C-hastighet för strömmen. C-hastigheten är den som teoretiskt sett skulle ladda eller ladda ur batteriet helt på en timme. Till exempel kan en drogladdning utföras med C/20 (eller en hastighet på 20 timmar), medan en typisk laddning och urladdning kan ske med C/2 (två timmar för full kapacitet). Den tillgängliga kapaciteten hos elektrokemiska celler varierar beroende på urladdningshastigheten. En del energi går förlorad i cellkomponenternas inre motstånd (plattor, elektrolyt, förbindningar), och urladdningshastigheten begränsas av den hastighet med vilken kemikalierna i cellen kan förflytta sig. För bly-syraceller beskrivs förhållandet mellan tid och urladdningshastighet av Peukerts lag. En bly-syracell som inte längre kan upprätthålla en användbar slutspänning vid en hög ström kan fortfarande ha en användbar kapacitet om den urladdas med en mycket lägre hastighet. Datablad för uppladdningsbara celler anger ofta urladdningskapaciteten på 8 timmars eller 20 timmars eller annan angiven tid; celler för system för avbrottsfri strömförsörjning kan vara specificerade för 15 minuters urladdning.
Batteriets terminalspänning är inte konstant under laddning och urladdning. Vissa typer har relativt konstant spänning under urladdning över en stor del av sin kapacitet. Icke-uppladdningsbara alkaliska celler och zink-kolceller ger 1,5 V när de är nya, men denna spänning sjunker vid användning. De flesta NiMH AA- och AAA-celler har en nominell spänning på 1,2 V, men har en flackare urladdningskurva än alkaliska batterier och kan vanligtvis användas i utrustning som är konstruerad för att använda alkaliska batterier.
Batteritillverkares tekniska anteckningar hänvisar ofta till spänning per cell (VPC) för de enskilda cellerna som ingår i batteriet. För att till exempel ladda ett 12 V blybatteri (som innehåller 6 celler på 2 V vardera) med 2,3 VPC krävs en spänning på 13,8 V över batteriets terminaler.
Skador från cellvändningRedigera
Om en urladdad cell utsätts för en ström i en riktning som tenderar att urladdas ytterligare, till den punkt där de positiva och negativa terminalerna byter polaritet, uppstår ett tillstånd som kallas cellvändning. Att trycka ström genom en urladdad cell på detta sätt orsakar i allmänhet oönskade och irreversibla kemiska reaktioner, vilket resulterar i permanenta skador på cellen.Cellomvändning kan inträffa under ett antal omständigheter, varav de två vanligaste är:
- När ett batteri eller en cell är ansluten till en laddningskrets på fel sätt.
- När ett batteri som består av flera seriekopplade celler är djupt urladdat.
I det senare fallet uppstår problemet på grund av att de olika cellerna i ett batteri har lite olika kapacitet. När en cell når urladdningsnivån före de övriga kommer de återstående cellerna att tvinga strömmen genom den urladdade cellen.
Många batteridrivna apparater har en lågspänningsavstängning som förhindrar djupa urladdningar som kan orsaka cellvändning. Ett smart batteri har en krets för spänningsövervakning inbyggd inuti.
Cellvändning kan inträffa för en svagt laddad cell även innan den är helt urladdad. Om batteriets avtappningsström är tillräckligt hög kan cellens inre motstånd skapa ett resistivt spänningsfall som är större än cellens forward emf. Detta resulterar i att cellens polaritet vänds medan strömmen flyter. Ju högre urladdningshastighet som krävs för ett batteri, desto bättre bör cellerna anpassas till varandra, både när det gäller celltyp och laddningstillstånd, för att minska risken för omvändning av cellerna.
I vissa situationer, t.ex. vid korrigering av NiCd-batterier som tidigare varit överladdade, kan det vara önskvärt att urladda ett batteri helt och hållet. För att undvika skador från cellvändningseffekten är det nödvändigt att komma åt varje cell separat: varje cell urladdas individuellt genom att koppla en belastningsklämma över varje cells terminaler, vilket gör att cellvändning undviks.
Skador under lagring i helt urladdat tillståndRedigera
Detta avsnitts sakliga riktighet är omtvistad. Relevanta diskussioner kan hittas på Talk:Rechargeable battery. Hjälp gärna till att se till att ifrågasatta påståenden har tillförlitliga källor. (Januari 2019) (Lär dig hur och när du tar bort det här mallmeddelandet)
Om ett batteri med flera celler är helt urladdat kommer det ofta att skadas på grund av den ovan nämnda cellvändningseffekten.Det är dock möjligt att ladda ur ett batteri helt utan att orsaka cellvändning – antingen genom att ladda ur varje cell separat, eller genom att låta varje cells interna läckage avleda sin laddning med tiden.
Även om en cell förs till ett helt urladdat tillstånd utan att det sker en omvändning kan dock skador uppstå med tiden helt enkelt på grund av att den stannar kvar i det urladdade tillståndet. Ett exempel på detta är den sulfatering som uppstår i bly-syrabatterier som lämnas på en hylla under långa perioder.Av denna anledning rekommenderas ofta att man laddar ett batteri som är tänkt att förbli lagrat, och att man upprätthåller dess laddningsnivå genom att regelbundet ladda om det.Eftersom skador också kan uppstå om batteriet överladdas, är den optimala laddningsnivån under lagringen vanligen omkring 30-70 %.
AvladdningsdjupRedigera
Huvudartikel: Djup urladdningsdjup
Djup urladdningsdjup (DOD) anges normalt som en procentandel av den nominella amperetimmarskapaciteten; 0 % DOD innebär ingen urladdning. Eftersom den användbara kapaciteten hos ett batterisystem beror på urladdningshastigheten och den tillåtna spänningen i slutet av urladdningen måste urladdningsdjupet kvalificeras för att visa hur det ska mätas. På grund av variationer under tillverkning och åldrande kan DOD för fullständig urladdning förändras med tiden eller antalet laddningscykler. I allmänhet tål ett uppladdningsbart batterisystem fler laddnings- och urladdningscykler om DOD är lägre vid varje cykel. Litiumbatterier kan urladdas till cirka 80-90 % av sin nominella kapacitet. Blybatterier kan urladdas till cirka 50-60 %. Flödesbatterier kan laddas ur till 100 %.
Livslängd och cykelstabilitetRedigera
Om batterier används upprepade gånger, även utan misshandel, förlorar de kapacitet när antalet laddningscykler ökar, tills de så småningom anses ha nått slutet av sin livslängd. Olika batterisystem har olika mekanismer för slitage. I blybatterier återställs till exempel inte allt aktivt material till plattorna vid varje laddnings- och urladdningscykel; till slut förloras tillräckligt mycket material för att batterikapaciteten ska minska. I litiumjontyper, särskilt vid djup urladdning, kan en del reaktiv litiummetall bildas vid laddning, som inte längre är tillgänglig för att delta i nästa urladdningscykel. Förseglade batterier kan förlora fukt från sin flytande elektrolyt, särskilt om de överladdas eller används vid hög temperatur. Detta minskar cyklingslivslängden.
UppladdningstidRedigera
Hitta källor: ”Uppladdningsbart batteri” – nyheter – tidningar – böcker – forskare – JSTOR (september 2017) (Lär dig hur och när du tar bort detta mallmeddelande)
Laddningstiden är en viktig parameter för användaren av en produkt som drivs av uppladdningsbara batterier. Även om laddningsströmförsörjningen ger tillräckligt med ström för att driva enheten samt ladda batteriet, är enheten ansluten till en extern strömförsörjning under laddningstiden. För elfordon som används industriellt kan det vara acceptabelt att ladda under lediga arbetspass. För elfordon på landsväg är snabbladdning nödvändig för laddning inom rimlig tid.
Ett uppladdningsbart batteri kan inte laddas med en godtyckligt hög hastighet. Batteriets inre motstånd producerar värme, och en överdriven temperaturökning skadar eller förstör ett batteri. För vissa typer kommer den maximala laddningshastigheten att begränsas av den hastighet med vilken aktivt material kan diffundera genom en flytande elektrolyt. Hög laddningshastighet kan ge upphov till överskottsgas i ett batteri eller leda till skadliga sidoreaktioner som permanent sänker batterikapaciteten. Mycket grovt räknat, och med många undantag och förbehåll, anses det som snabbladdning att återställa ett batteris fulla kapacitet på en timme eller mindre. Ett batteriladdarsystem kommer att innehålla mer komplexa styrkrets- och laddningsstrategier för snabbladdning än för en laddare som är utformad för långsammare laddning.