蓄電池充電方案的分析和探討(優(yōu)選)

1、蓄電池充電方案的分析和探討引言新的蓄電池投入使用后,必須定期地進(jìn)行充電和放電。充電的目的是使 蓄電 池貯存電能及時(shí)地恢復(fù)容量，以滿足用電設(shè)備的需要。放電的目的是及時(shí)地檢驗(yàn) 蓄電池容量參數(shù)，及促進(jìn)電極活性物質(zhì)的活化反應(yīng)。蓄電池充電和放電狀況的好 壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。目前對(duì)蓄電池充電的方法很多， 選擇科學(xué)合理的充電方法將會(huì)大大提高蓄電池的維護(hù)效果。1蓄電池常用的充電方法1）恒定電流充電法在充電過程中充電電流始終保持不變， 叫做恒定電流充電法，簡稱恒流充電 法或等流充電法。在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降， 為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小， 充電

2、過程必須逐漸升高 電源電 壓，以維持充電電流始終不變，這對(duì)于充電設(shè)備的自動(dòng)化程度要求較高， 一般簡 陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。 恒流充電法，在蓄電池最大允許的充 電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。若從時(shí)間上考慮，采用此 法有利的。但在充電后期若充電電流仍不變，這時(shí)由于大部分電流用于 電解水上, 電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且容易使極板上活性物質(zhì)大 量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢。所以，這種充電 方法很少采用。2）恒定電壓充電法在充電過程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法，簡稱恒壓充 電法或等壓充電法。由于恒壓充電開始

3、至后期，電源電壓始終保持一定，所以在 充電開始時(shí)充電電流相當(dāng)大，大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進(jìn)行，蓄 電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)蓄電池端電壓和充電電壓相等時(shí)， 充電電流減至最小甚至為零。由此可見，采用恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免 充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點(diǎn)是，在剛開始充電時(shí)，充電電流過大，電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快， 影響活性物質(zhì) 的機(jī)械強(qiáng)度，致使其脫落。而在充電后期充電電流又過小，使極板深處的活性物 質(zhì)得不到充電反應(yīng)，形成長期充電不足，影響蓄電池的使用壽命。所以這種充電 方法一般只適用于無配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡陋的特殊場(chǎng)合，如汽

4、車上蓄電池的充電，1號(hào)至5號(hào)干電池式的小蓄電池的充電均采用等壓充電法。采用等壓充電 法給蓄電池充電時(shí)，所需電源電壓：酸性蓄電池每個(gè)單體電池為2. 42. 8V左右，堿性蓄電池每個(gè)單體電池為 1. 62. 0V左右。3）有固定電阻的恒定電壓充電為補(bǔ)救恒定電壓充電的缺點(diǎn)而米用的一種方法。 即在充電電源與電池之間串 聯(lián)一電阻，這樣充電初期的電流可以調(diào)整。 但有時(shí)最大充電電流受到限制，因此 隨充電過程的進(jìn)行，蓄電池電壓逐漸上升，電流卻幾乎成為直線衰減。有時(shí)使用 兩個(gè)電阻值，約在2. 4V時(shí)，從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻，以減少出氣。4）階段等流充電法綜合恒流和恒壓充電法的特點(diǎn)，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)

5、過一段 時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流 進(jìn)行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。階段恒流充電法，一般可分為兩個(gè) 階段進(jìn)行，也可分為多個(gè)階段進(jìn)行。階段等流充電法所需充電時(shí)間短，充電效果也好。由于充電后期改用較小電 流充電，這樣減少了氣泡對(duì)極板活性物質(zhì)的沖刷， 減少了活性物質(zhì)的脫落。這種 充電法能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前常用的一 種充電方法。一般蓄電池第一階段以10h率電流進(jìn)行充電，第二階段以20h率電 流進(jìn)行充電。各階段充電時(shí)間的長短，各種蓄電池的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)不一樣。5）浮充電法間歇使用的蓄電池或僅在交流電停電時(shí)才使用的蓄電

6、池， 其充電方式為浮充 電式。一些特殊場(chǎng)合使用的固定型蓄電池一般均采用浮充電方法對(duì)蓄電池進(jìn)行充 電。浮充電法的優(yōu)點(diǎn)主要在于能減少蓄電池的析氣率，并可防止過充電，同時(shí)由于蓄電池同直流電源并聯(lián)供電,用電設(shè)備大電流用電時(shí)，蓄電池瞬時(shí)輸出大電流， 這有助于鎮(zhèn)定電源系統(tǒng)的電壓，使用電設(shè)備用電正常。浮充電法的缺點(diǎn)是個(gè)別蓄 電池充電不均衡和充不足電，所以需要進(jìn)行定期的均衡充電。2蓄電池的快速充電方法1）定電流定周期快速充電法這種方法的特點(diǎn)是，以電流幅度恒定和周期恒定的脈沖充電電流對(duì)蓄電池充 電，兩個(gè)充電脈沖之間有一放電脈沖進(jìn)行去極化， 以提高蓄電池的充電接受能力。 在充電過程中，充電電流及其脈寬不受蓄電池充

7、電狀態(tài)的影響。因此，它是一種開環(huán)式脈沖充電。這種充電方法易使蓄電池充滿容量，但如果不增加防止過充電 的保護(hù)裝置，容易造成強(qiáng)烈的過充電，影響蓄電池的使用壽命。在這種充電方法 中，雖然整個(gè)充電過程均加有去極化措施， 但是這種固定的去極化措施，難于適 合充電全過程的要求。2）定電流定出氣率脈沖充電放電去極化快速充電法這種充電方法的特點(diǎn)是：在整個(gè)充電過程中，充電電流脈沖的幅值和蓄電池 的出氣率始終保持不變。充電過程初期，充電電流略低于蓄電池的初始接受電流。 在充電過程中，由于蓄電池可接受的電流逐漸減小， 所以經(jīng)過一段時(shí)間后，充電 電流將超過蓄電池的可接受電流，因而蓄電池內(nèi)將產(chǎn)生較多的氣體，出氣率顯著增

8、加。此時(shí)，氣體檢測(cè)元件能夠及時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，迫使蓄電池停止充電，進(jìn)行 短時(shí)放電。這樣蓄電池內(nèi)部的極化作用很快消失， 因而出氣率可以始終保持在較 低的預(yù)定值內(nèi)。目前，國外有這樣的方案。國內(nèi)因缺少氣體敏感元件，對(duì)這種方法很少研究。3）定電流定電壓脈沖充電放電去極化快速充電法這種充電方法的特點(diǎn)是，以恒定大電流充電，待充到一定電壓 （相當(dāng)于蓄電 池出氣點(diǎn)的電壓）時(shí)，停止充電并進(jìn)行大電流（或小電流）放電去極化，然后再以 恒定大電流充電，依此，充放電過程交替地進(jìn)行。放電脈沖的頻率隨充人電量的 增加而增加，充電脈沖的寬度隨充人電量的增加而減少。 當(dāng)充電量和放電量基本 相等時(shí)，表示蓄電池已充滿電，立即結(jié)束充電

9、。根據(jù)這種方法，國內(nèi)外都有多種方案來實(shí)現(xiàn)蓄電池快速充電。 這種方法，充 電初期無去極化措施。在加有去極化措施后充電脈沖寬度不斷減小， 使得充電電 流平均值下降較快，延長了充電時(shí)間。4）定電流提升電壓脈沖充電放電去極化快速充電法這種方法是定電流定電壓脈沖充電放電去極化快速充電方法的改進(jìn)。它是以恒定電流（如IC）充電，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到充電出氣點(diǎn)電壓后 （單格電池電壓 2. 352. 5V）時(shí)，停止充電并進(jìn)行放電（如放電電流23C,脈沖寬度為1ms）， 然后再充電。從加有放電去極化脈沖以后，用積分器件階梯形跟蹤調(diào)高充電 控制電壓（提升出氣點(diǎn)電壓），以加快充電速度和提高充滿程度。其它和定電流定 電壓法

10、相同。5）定電壓定頻率脈沖充電放電去極化快速充電法這種方法的特點(diǎn)是，充電脈沖的電壓幅值保持恒定，隨著充電過程的進(jìn)行， 蓄電池電動(dòng)勢(shì)逐漸上升，充電電流幅值逐漸減小，充電脈沖電流的頻率恒定，在 兩個(gè)充電脈沖之間加有放電去極化脈沖。6）端電壓和充放電頻率選擇脈沖充電放電去極化快速充電法這種方法的特點(diǎn)是，根據(jù)蓄電池充電過程中的極化情況選擇充放電脈沖的頻 率，并在充電后期將蓄電池端電壓限定在預(yù)選的數(shù)值，使出氣率限制在一定的容許值。7）適應(yīng)全過程去極化脈沖充電放電去極化快速充電法這種方法的特點(diǎn)是，在充電全過程都適時(shí)加有去極化的放電脈沖， 在放電脈 沖后充電電流恢復(fù)之前，均進(jìn)行去極化效果檢測(cè)，達(dá)到一定去極化

11、效果再轉(zhuǎn)回充 電，否則再次進(jìn)行去極化放電，直至達(dá)到去極化要求的效果才轉(zhuǎn)回充電，這樣， 可使去極措施適應(yīng)全過程。這種方案能有效地將氣體析出量抑制在很小的數(shù)值 內(nèi)。3蓄電池理想充電方法的探討自從1859年出現(xiàn)蓄電池以來，經(jīng)過許多次的改進(jìn)，蓄電池已在許多部門中 得到廣泛的應(yīng)用。但由于人們對(duì)蓄電池充電制度認(rèn)識(shí)的局限性，蓄電池充電一直沿襲舊的充電制度，致使蓄電池充電時(shí)間長。所以，蓄電池使用起來不方便，不 能適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的需要。我國常規(guī)充電制度，是在缺乏對(duì)于充電規(guī)律認(rèn)識(shí)的情況下， 被迫采用的不合 理的充電方法。常規(guī)充電方法的缺點(diǎn)就是充電時(shí)間長、效率低、出氣量大、蓄電 池的利用周轉(zhuǎn)率低、

12、充電管理制度繁雜等。這種充電制度的落后性與蓄電池應(yīng)用 的廣泛性是存在著一定的矛盾的。 為此，在充電領(lǐng)域內(nèi)，必須加強(qiáng)對(duì)充電規(guī)律的 認(rèn)識(shí)和研究，逐步探討一套既快又好的充電制度， 以使蓄電池適應(yīng)于各部門經(jīng)濟(jì) 發(fā)展的需要和國防建設(shè)的需要。1)三階段充電法目前的航空蓄電池充電均采用階段恒流充電法。 一般酸性航空蓄電池采用恒 流兩階段充電法。堿性航空蓄電池采用恒流兩階段充電法或恒流一階段充電法。 但這種充電法在充電中間階段遠(yuǎn)離了充電電流接受率曲線，所以三階段充電法更好一點(diǎn)。三階段充電法是兩階段等流充電法和恒定等壓充電法相結(jié)合的方式。充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒定電流，中間階段為恒定電壓充電。蓄電池在充電初期用較

13、大 的電流，經(jīng)過一段時(shí)間改為恒定電壓充電， 當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段 轉(zhuǎn)到第三階段。采用三階段充電法的優(yōu)點(diǎn)是：避免了恒定電壓充電法開始充電電 流過大，而后期電流又過小的情況，比二階段等流充電在中間階段更接近充電電 流接受率曲線。這種充電法減少了充電出氣量，充電又徹底，延長了蓄電池使用 壽命。三階段充電法充電電流和充電電壓變化曲線如圖1所示。1址1時(shí)肓bSS)充電電流曲線(b)充電電壓01三階段充電法2)定電流定電壓快速充電法以恒定大電流充電，當(dāng)充到畜電池的出氣電壓時(shí)，停止充電并進(jìn)行放電，然 后進(jìn)行大電流充電，充放電過程依次交替進(jìn)行。放電脈沖的寬度隨充入電量增加， 充電脈沖寬度隨充入電量增加而減小。 當(dāng)充電量和放電量基本相等時(shí)，表明蓄電 池已基本充滿，立即結(jié)束充電。jJ.*6 I4時(shí)間定電流定電壓充電裳養(yǎng)電流波形地方上已有這種充電設(shè)備，其工作過程是三相交流電源經(jīng) 接觸器、變壓器及 可控硅充電開關(guān)對(duì)蓄電池充電。待蓄電池電壓達(dá)到出氣點(diǎn)電壓時(shí)， 經(jīng)過電壓傳感 器檢測(cè)并發(fā)出信號(hào)。此信號(hào)使充、放電狀態(tài)控制器轉(zhuǎn)為停止充電狀態(tài)， 并發(fā)出三 個(gè)控制信號(hào)。第一個(gè)控制信號(hào)是關(guān)斷充電脈沖發(fā)生器的信號(hào)。第二控制信號(hào)是開 始去極化信號(hào)，它經(jīng)過放電前停止充電延時(shí) 電路延時(shí)(t1-t2 )后，發(fā)出放電開始 脈沖，打開放電開關(guān)，蓄電池開始向放電電阻放電并經(jīng)過放電延時(shí)電路延時(shí)(t2-t3)后，發(fā)出放電關(guān)