2026-04-22 15:41:14
铅和镉基电池对环境构成最大的威胁,以至于镍镉电池在欧洲被禁用。人们也在努力寻找铅基电池的替代品,但与用镍氢电池替代镍镉电池不同,目前尚无合适的替代方案。锂离子电池首次被列入污染物名单。尽管这种化学物质被归类为仅具有轻微毒性,但消费产品中锂离子电池的巨大数量仍需要更严格的审查。
与其丢弃电池,一些富有创意的企业家发现了让废旧电池重获新生的商业模式。这一模式最初应用于手机领域,当时只要用户稍有抱怨,电池包就会被更换,而无需事先检测。安装新电池可能无法解决用户感知到的问题,柜台下的废电池箱也因此堆满了废弃电池。手机供应商后来发现,90%的保修退回电池只需简单维修即可作为B级产品重新销售。
翻新中心在美国、英国和以色列如雨后春笋般涌现,它们按吨采购过剩电池,并使用具备快速测试功能的电池分析仪(Cadex)进行检测。报告显示,使用翻新B级电池的客户与使用新电池的客户在性能表现上完全一致,且退货率并未上升。图1展示了一箱待翻新的手机电池。
图1:废弃的手机电池经过检测后重新分配
现代快速检测方法能够实现对入库电池的快速处理。门店也将这些技术作为客户服务的一部分加以利用。
虽然手机设备上的电池老化可能只会造成轻微的不便,但在医疗设备中,电池却扮演着至关重要的角色。随着这些仪器数量的增加,人们对电池老化问题的担忧也随之加剧。医疗仪器促进协会(AAMI)将电池管理列为医院生物医学部门面临的十大挑战之一。美国食品药品监督管理局(FDA)的一项调查显示,“医院中高达50%的问题与电池有关。”
电池的使用寿命相对较短,必须像对待设备中其他可维修部件一样对待,而这些设备的使用寿命通常长达10年甚至更久。当询问用户“在电池容量降至多少时会更换电池?”时,他们往往面面相觑、眼神闪烁,却无法给出明确答案。如果没有战略性的管理计划,电池往往会被更换得过早或过晚。
使用过的医疗电池也提供了翻新的机会。在缺乏主动电池诊断的情况下,电池往往仅根据日期标记就被更换,而不考虑实际状况。有些电池组在到期时仍处于良好状态。设备制造商支持这一计划,因为它能清空背包;然而,这种模式增加了运营成本,还带来了不必要的时间限制,类似于核医学中同位素过期的问题。
电池性能已提升且寿命更长;它们的价格标签也随之上涨。这使得仅依赖日期标记既低效又昂贵。原因如下。
电池寿命主要受使用情况影响,时间因素较小。日期标记无法识别因重度使用而过早老化的电池。为了补偿早期故障,设备制造商制定了更严格的更换政策,目前普遍采用两年更换周期。
镍基电池的使用寿命约为三年;锂离子电池则为五年。现代锂基电池系统的存储特性也有所改善。许多行业存在电池利用率不足的情况,这导致大量性能良好的电池被丢弃。
日期标注并未解决电池问题,反而引发了新的疑问。丢弃未经检测的电池会增加成本并危害环境。美国能源部储能研究项目负责人伊姆雷·久克博士表示,每年约有100万块仍可使用的锂离子电池被送去回收,其中大部分电池容量仍高达80%。
更多优质电池似乎可供翻新使用。虽然容量不足100%,但坚固耐用的工业电池仍有足够寿命用于要求较低的应用场景。通用电气和ABB已在使用雪佛兰Volt的电池组储存电能并入电网。密歇根州某大型医院的一位医疗技术员,将患者心脏泵的废旧电池用于电动割草机修剪草坪。这使得绿色能源变得更加环保。
电池的核心健康指标在于其容量,这一参数决定了电池组能够储存多少能量。实测容量也直接影响着翻新电池的售价。容量保持在80%至100%被视为良好状态;对于关键应用场景的电池,当容量降至80%以下时通常就会被更换。但这并不意味着这些电池无法继续用于要求较低的场景,不过翻新价值需以容量至少维持在50%至60%为前提。若容量低于50%,使用过程中容量可能急剧衰减,并伴随出现其他问题。
在组装新电池组时,容量也是匹配单体电池和单元模块的重要因素。匹配度越高,修复后的电池性能越好,寿命也越长。为应对重负载和宽温范围而设计的电池组通常将匹配公差控制在±2.5%以内。但对于翻新的单体电池和单元模块来说,如此严格的公差可能难以实现。
锂电池的容量在电量低时无法像镍基电池那样提升。有人认为长期存放后对锂电池进行充放电可获得少量容量恢复,但这种增益缺乏实证。锂电池不存在可逆的记忆效应。
充电器上的就绪指示灯并不代表"可用",它仅表示电池已充满电。老化的电池比健康电池组充电更快,常被误判为作战就绪状态。电池组的电量指示同样不可靠——每次充电后它总显示100%,即便实际容量已衰减一半。电量计无法估算真实容量。
虽然出现了几种电池快速测试方法,但容量估算仍很困难,因为没有仪器能够通过单次测量来估算电池的健康状态。这类似于医生检查病人或气象员预测天气,电池测试需要观察多个属性,才能根据可测量的症状得出清晰的健康评估。读取电池内阻已不再能可靠地指示电池性能。现代锂离子电池经过改进,在循环和老化过程中能保持低内阻。图2展示了容量与循环次数的典型关系。容量会随着循环可预测地降低,而内阻则倾向于保持在较低水平。
图2:循环过程中容量与电阻之间的关系
现代锂离子电池的内阻保持较低,而容量会逐渐下降。仅通过内阻测量无法提供可靠的结果。
Cadex 建议使用电池分析仪来首先判断电池是否正常工作。大多数 Cadex 分析仪都具备可配置的自定义程序,能够运行简短测试来检查电压、内阻,以及电池是否能够充电并在之后放电。
要测试未知电池,用户需输入电池化学类型、电压和安时容量。测试首先进行短暂放电,随后进行短时间充电,再重复放电以验证电池的持电能力。测试中还包括电池内阻检查,并在每个循环结束时重复进行。用户可以通过 PC-BatteryShop™ 软件在测试期间观察电池状态,如果电池反应异常,可以中止测试。
如果电压保持在规定的范围内,则认为电池功能正常。超出边界则表示测试失败。典型的测试时间为三分钟;故障状态可在几秒钟内被检测到。功能正常的电池在投入使用前应进行完整的维护服务,因为必须始终掌握最终的容量读数。完整的充放电循环还能校准带有电量计的“智能”电池。该方法适用于锂离子电池、镍基电池以及深循环铅酸电池。
图3展示了C7400ER,这是一款可编程电池分析仪,具有自定义程序和维护引线,可对铅、镍和锂基电池进行维护,每通道额定电压最高36V、电流最高6A,可容纳高达24Ah的电池。四个测试站各自独立运行。冗余测试算法可确保安全维护已知存在故障的电池。
图3:Cadex C7400ER电池分析仪
可编程分析仪可为高达36V的电池提供服务。自动化程序能够识别故障电池,并在必要时停止服务。可选的PC-BatteryShop™支持PC接口。
连接电池一直是个挑战,Cadex 通过电池适配器解决了这一问题。经常使用的电池最好使用定制适配器。Smart Cable 最适合用于放置在电池仓外的各类大型电池,而 RigidArm™ 则最适合用于手机电池。弹簧加载的触臂从上至下接触电池触点,便于快速重复测试。可伸缩底座将电池保持在垂直位置,温度传感器在测试期间监测电池状态。
报废电池正越来越多地被翻新并重获新生,这是有充分理由的。电池在过早退役时往往仍有大量使用寿命。
电池回收行业也意识到,由于严格的更换政策(如日期标记),越来越多状况良好的电池被丢弃。在医疗、国防和其他关键领域,很少有职员会提出质疑。他们不先测试电池就遵循指令行事。其结果是运营成本高昂,并给环境带来压力。
随着越来越多的设备配备电池,电池翻新市场有望增长。其中最有前景的行业之一是电动汽车。电池测试和重新组装相对简单,但成功的关键在于识别出仍有良好使用寿命的电池组,然后进行包括容量、自放电、内阻和电压在内的全面测试。快速测试可能适用于手机电池,但不建议用于大型电池组。只有完整的充放电循环才能揭示电池的全部特性,这些特性可以提供给买家作为性能证明。
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