为什么没电的电池似乎会在一段时间后自行充电?

电器工程 电池
2022-01-07 01:36:09

前几天晚上,我发现自己在朋友家撞车,手边没有 MicroUSB 充电器。因此,我的手机(诺基亚 Lumia 920)在我睡觉前就死机了——尝试开机只会产生“低电量”屏幕。大约 6 小时后我醒来时,我决定(一会儿肯定符合精神错乱的定义)尝试再次打开手机。手机这次开机,显示剩余电量约 12%。除了预期的“电池电量不足”警告消息外,我还被允许正常使用手机一段时间,然后我终于回到车里并能够在那里充电。

我很确定我在其他小型电子产品(通常是手机)中看到了这种现象。设备的电池电量会耗尽到无法启动的程度,但是,大约几个小时后,我稍后会再试一次,发现它恢复了活力,就好像没有任何问题一样。

这是什么原因造成的?

3个回答

电池通过氧化还原反应工作。反应只能发生得如此之快,从而限制了电池可以提供的电流。随着从电池中汲取更多电流,电压会降低。

随着电池电量耗尽,可用于驱动电流的反应物越来越少。但是,如果将电池放置一段时间,反应可能会继续进行一点,在一个端子上形成过多的电子,而在另一个端子上则缺乏。

一旦电池端子与导体连接,就会产生电流,因为电荷不平衡试图达到平衡。然而,很快,由于电池放在架子上而产生的所有不平衡都被使用了,化学反应必须继续产生更多的不平衡,才能继续驱动电池的电流。如果电池快没电了,这种反应不会很快发生,因为电池中几乎所有的反应物都已经发生了反应。

因此,货架上的电池没有“充电”,因为它没有获得更多能量。您只是让电池内的化学物质有更多时间进行反应,将更多已经存在的化学能转化为电能。

在电池(可充电或不可充电)中,离子必须迁移到两极以与两极交换电子,从而使电流在两极之间流动(=电池提供电力)。

这种离子迁移不会立即发生:离子可能需要一些时间才能迁移到它们各自的极点并完成它们的工作。当极点周围的离子耗尽时,电池会显得空荡荡,但过一段时间离子又会散开,极点附近就会有离子,电池又会出现充电状态。

带电离子的残留物可能会产生类似的效果:一旦放电,它们会阻塞两极附近的预期过程。他们需要时间从两极扩散开来。

电池可以松散地建模为由不同值的电阻互连的一堆电容器。为简单起见,假设两个电容器——#1 直接连接到负载,#2 通过高阻值电阻连接到#1。

当负载不吸收任何电流时,少量电流将从具有较高电压的任何一个电容流入具有较低电压的电容。这将导致两个电容接近电压相等的平衡。

然而,当负载确实消耗电流时,电荷从#1 流向负载的速度可能比从#2 流向#1 的速度快。如果发生这种情况,#1 上的电压将低于#2。电压差越大,从#2 流向#1 的电流就越多,但#1 上的电压可能会低于手机的最低工作电压,即使#2 上的电压要高得多。一旦手机关闭并停止供电,#1 的流出将不再比#2 流入的速度快,因此它将从#2 开始充电,直到电池再次达到平衡。

请注意,实际上电池的建模比电容器复杂得多。除此之外,连接各种电容的电阻不是固定的,而是随着电池的充电和放电而变化。尽管如此,互连电容器模型提供了一个简单直观的图片来了解正在发生的事情。

PS——电池和盖子都可以被认为包含一些电荷存储材料和一些将它们连接在一起的材料。电池或电容器包含的互连材料越多,将所有东西连接在一起的有效电阻就越低。然而,互连材料不包含任何有用的电荷量,因此低 ESR 电池和电池盖必须比具有相同容量的高 ESR 电池和电池盖更大。