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    蓄電池充電原理

      蓄電池充電原理

      新的蓄電池投入使用后,必須定期地進行充電和放電。充電的目的是使蓄電池貯存電能及時地恢復容量,以滿足用電設備的需要。放電的目的是及時地檢驗蓄電池容量參數,及促進電極活性物質的活化反應。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。目前對蓄電池充電的方法很多,選擇科學合理的充電方法將會大大提高蓄電池的維護效果。

      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,這對于充電設備的自動化程度要求較高,一般簡陋的充電設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,充電時間就可以縮短。若從時間上考慮,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大量脫落,溫升過高,造成極板彎曲,容量迅速下降而提前報廢。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。由于恒壓充電開始至后期,電源電壓始終保持一定,所以在充電開始時充電電流相當大,大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進行,蓄電池端電壓逐漸升高,充電電流逐漸減小。當蓄電池端電壓和充電電壓相等時,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點在于,可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質脫落和電能的損失。但其缺點是,在剛開始充電時,充電電流過大,電極活性物質體積變化收縮太快,影響活性物質的機械強度,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得不到充電反應,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備或充電設備較簡陋的特殊場合,如汽車上蓄電池的充電,1號至5號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,所需電源電壓:

    酸性蓄電池每個單體電池為2.4~2.8V左右

    堿性蓄電池每個單體電池為1.6~2.0V左右

      3、有固定電阻的恒定電壓充電

      為補救恒定電壓充電的缺點而采用的一種方法。即在充電電源與電池之間串聯一電阻,這樣充電初期的電流可以調整。但有時最大充電電流受到限制,因此隨充電過程的進行,蓄電池電壓逐漸上升,電流卻幾乎成為直線衰減。有時使用兩個電阻值,約在2.4V時,從低電阻轉換到高電阻,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,蓄電池在充電初期用較大的電流,經過一段時間改用較小的電流,至充電后期改用更小的電流,即不同階段內以不同的電流進行恒流充電的方法,叫做階段恒流充電法。階段恒流充電法,一般可分為兩個階段進行,也可分為多個階段進行。階段等流充電法所需充電時間短,充電效果也好。由于充電后期改用較小電流充電,這樣減少了氣泡對極板活性物質的沖刷,減少了活性物質的脫落。這種充電法能延長蓄電池使用壽命,并節省電能,充電又徹底,所以是當前常用的一種充電方法。一般蓄電池第一階段以10h率電流進行充電,第二階段以20h率電流進行充電。各階段充電時間的長短,各種蓄電池的具體要求和標準不一樣。

      5、浮充電法

      間歇使用的蓄電池或僅在交流電停電時才使用的蓄電池,其充電方式為浮充電式。一些特殊場合使用的固定型蓄電池一般均采用浮充電方法對蓄電池進行充電。浮充電法的優點主要在于能減少蓄電池的析氣率,并可防止過充電,同時由于蓄電池同直流電源并聯供電,用電設備大電流用電時,蓄電池瞬時輸出大電流,這有助于鎮定電源系統的電壓,使用電設備用電正常。浮充電法的缺點是個別蓄電池充電不均衡和充不足電,所以需要進行定期的均衡充電。

      蓄電池的快速充電方法

      1、定電流定周期快速充電法

      這種方法的特點是,以電流幅度恒定和周期恒定的脈沖充電電流對蓄電池充電,兩個充電脈沖之間有一放電脈沖進行去極化,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電狀態的影響。因此,它是一種開環式脈沖充電。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裝置,容易造成強烈的過充電,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是:在整個充電過程中,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,所以經過一段時間后,充電電流將超過蓄電池的可接受電流,因而蓄電池內將產生較多的氣體,出氣率顯著增加。此時,氣體檢測元件能夠及時發出控制信號,迫使蓄電池停止充電,進行短時放電。這樣蓄電池內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定值內。目前,國外有這樣的方案。國內因缺少氣體敏感元件,對這種方法很少研究。

      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是,以恒定大電流充電,待充到一定電壓(相當于蓄電池出氣點的電壓)時,停止充電并進行大電流(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電量的增加而減少。當充電量和放電量基本相等時,表示蓄電池已充滿電,立即結束充電。

      根據這種方法,國內外都有多種方案來實現蓄電池快速充電。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。它是以恒定電流(如IC)充電,當蓄電池電壓達到充電出氣點電壓后(單格電池電壓2.35~2.5V)時,停止充電并進行放電(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高充電控制電壓(提升出氣點電壓),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

      這種方法的特點是,充電脈沖的電壓幅值保持恒定,隨著充電過程的進行,蓄電池電動勢逐漸上升,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

      這種方法的特點是,根據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選的數值,使出氣率限制在一定的容許值。

      7、適應全過程去極化脈沖充電放電去極化快速充電法

      這種方法的特點是,在充電全過程都適時加有去極化的放電脈沖,在放電脈沖后充電電流恢復之前,均進行去極化效果檢測,達到一定去極化效果再轉回充電,否則再次進行去極化放電,直至達到去極化要求的效果才轉回充電,這樣,可使去極措施適應全過程。這種方案能有效地將氣體析出量抑制在很小的數值內。

      蓄電池理想充電方法的探討

      自從1859年出現蓄電池以來,經過許多次的改進,蓄電池已在許多部門中得到廣泛的應用。但由于人們對蓄電池充電制度認識的局限性,蓄電池充電一直沿襲舊的充電制度,致使蓄電池充電時間長。所以,蓄電池使用起來不方便,不能適應飛速發展的經濟建設和國防建設的需要。

      我國常規充電制度,是在缺乏對于充電規律認識的情況下,被迫采用的不合理的充電方法。常規充電方法的缺點就是充電時間長、效率低、出氣量大、蓄電池的利用周轉率低、充電管理制度繁雜等。這種充電制度的落后性與蓄電池應用的廣泛性是存在著一定的矛盾的。為此,在充電領域內,必須加強對充電規律的認識和研究,逐步探討一套既快又好的充電制度,以使蓄電池適應于各部門經濟發展的需要和國防建設的需要。

      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離了充電電流接受率曲線,所以三階段充電法更好一點。

      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合的方式。充電開始和結束時采用恒定電流,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,經過一段時間改為恒定電壓充電,當電流衰減到預定值時,由第二階段轉到第三階段。

      采用三階段充電法的優點是: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。

      2、定電流定電壓快速充電法

      以恒定大電流充電,當充到蓄電池的出氣電壓時,停止充電并進行放電,然后進行大電流充電,充放電過程依次交替進行。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。當充電量和放電量基本相等時,表明蓄電池已基本充滿,立即結束充電。地方上已有這種充電設備,其工作過程是三相交流電源經接觸器、變壓器及可控硅充電開關對蓄電池充電。待蓄電池電壓達到出氣點電壓時,經過電壓傳感器檢測并發出信號。

      此信號使充、放電狀態控制器轉為停止充電狀態,并發出三個控制信號。第一個控制信號是關斷充電脈沖發生器的信號。第二控制信號是開始去極化信號,它經過放電前停止充電延時電路延時(t1-t2)后,發出放電開始脈沖,打開放電開關,蓄電池開始向放電電阻放電并經過放電延時電路延時(t2-t3)后,發出放電關脈沖,結束放電。依次重復進行充放電過程,直至充電結束。第三個控制信號送給開始放電計時器,使其從第一次去極化放電開始計時,到預定的時間后結束充電,自動關機。

      上述兩種方法是蓄電池充電方法的改進方向。我國采用的快速充電方案很多,性能差異很大。各種充電方法對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蓄電池充電的要求。

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