- 蓄電池常用的充電方法
- 蓄電池的快速充電方法
- 恒定電壓充電法
- 浮充電法
- 定電流定周期快速充電法
- 定電流定出氣率脈沖充電放電去極化快速充電法
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。
蓄電池常用的充電方法
1)恒定電流充電法
在充電過(guò)程中充電電流始終保持不變，叫做恒定電流充電法，簡(jiǎn)稱恒流充電法或等流充電法。在充電過(guò)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，充電過(guò)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(guò)程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法，簡(jiǎn)稱恒壓充電法或等壓充電法。由于恒壓充電開(kāi)始至后期，電源電壓始終保持一定，所以在充電開(kāi)始時(shí)充電電流相當(dāng)大，大大超過(guò)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(jiàn)，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(guò)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(kāi)始充電時(shí)，充電電流過(guò)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(guò)小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電反應(yīng)，形成長(zhǎng)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(wú)配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡(jiǎn)陋的特殊場(chǎng)合，如汽車上蓄電池的充電，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2．4～2．8V左右，堿性蓄電池每個(gè)單體電池為1．6～2．0V左右。
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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)而采用的一種方法。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(guò)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)過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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。
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(guò)程中，充電電流及其脈寬不受蓄電池充電狀態(tài)的影響。因此，它是一種開(kāi)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(guò)充電的保護(hù)裝置，容易造成強(qiáng)烈的過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程初期，充電電流略低于蓄電池的初始接受電流。在充電過(guò)程中，由于蓄電池可接受的電流逐漸減小，所以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，充電電流將超過(guò)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(guó)外有這樣的方案。國(guó)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(guò)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。
根據(jù)這種方法，國(guó)內(nèi)外都有多種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池快速充電。這種方法，充電初期無(wú)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(zhǎng)了充電時(shí)間。
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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2．35～2．5V)時(shí)，停止充電并進(jìn)行放電(如放電電流2～3C，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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)。
蓄電池理想充電方法的探討
自從1859年出現(xiàn)蓄電池以來(lái)，經(jīng)過(guò)許多次的改進(jìn)，蓄電池已在許多部門(mén)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(zhǎng)。所以，蓄電池使用起來(lái)不方便，不能適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的需要。
我國(guó)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(zhǎng)、效率低、出氣量大、蓄電池的利用周轉(zhuǎn)率低、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(mén)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和國(guó)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(kāi)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大的電流，經(jīng)過(guò)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(kāi)始充電電流過(guò)大，而后期電流又過(guò)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(zhǎng)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。[page]
2)定電流定電壓快速充電法
以恒定大電流充電，當(dāng)充到蓄電池的出氣電壓時(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(guò)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。
地方上已有這種充電設(shè)備，其工作過(guò)程是三相交流電源經(jīng)接觸器、變壓器及可控硅充電開(kāi)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(guò)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(kāi)始去極化信號(hào)，它經(jīng)過(guò)放電前停止充電延時(shí)電路延時(shí)(t1-t2)后，發(fā)出放電開(kāi)始脈沖，打開(kāi)放電開(kāi)關(guān)，蓄電池開(kāi)始向放電電阻放電并經(jīng)過(guò)放電延時(shí)電路延時(shí)(t2-t3)后，發(fā)出放電關(guān)脈沖，結(jié)束放電。依次重復(fù)進(jìn)行充放電過(guò)程，直至充電結(jié)束。第三個(gè)控制信號(hào)送給開(kāi)始放電計(jì)時(shí)器，使其從第一次去極化放電開(kāi)始計(jì)時(shí)，到預(yù)定的時(shí)間后結(jié)束充電，自動(dòng)關(guān)機(jī)。用這種方法充電，蓄電池的充電和放電電流波形如圖2所示。上述兩種方法是蓄電池充電方法的改進(jìn)方向。我國(guó)采用的快速充電方案很多，性能差異很大。各種充電方法對(duì)蓄電池的壽命影響也大不相同。這兩種方法在理論上比較適合對(duì)蓄電池充電的要求。
