前言:看到下面這篇文章,本來沒有理睬其.沒有想到,還真有人會(huì)按照這個(gè)理論做產(chǎn)品,做出來必然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題.以后會(huì)慢慢的分析其幾個(gè)原則的錯(cuò)誤.
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蓄電池充電技術(shù)研究  


[ 中國(guó)電動(dòng)車信息網(wǎng)  Date:2005-4-8 10:22:47   Hits:31 ]
1、引言
   蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn),它廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站、通信系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、航空航天等各個(gè)部門.蓄電池主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池三類.普通鉛酸蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護(hù)復(fù)雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題,其使用范圍很有限,目前已逐漸被閥控式密封鉛酸蓄電池所淘汰.閥控式密封鉛酸蓄電池整體采用密封結(jié)構(gòu),不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現(xiàn)象,使用安全可靠、壽命長(zhǎng),正常運(yùn)行時(shí)無須對(duì)電解液進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)酸加水,又稱為免維護(hù)蓄電池.它已被廣泛地應(yīng)用到郵電通信、船舶交通、應(yīng)急照明等許多領(lǐng)域.堿性鎘鎳蓄電池的特點(diǎn)是體積小、放電倍率高、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng),但由于它單體電壓低、易漏電、造價(jià)高且容易對(duì)環(huán)境造成污染,因而其使用受到限制,目前主要應(yīng)用在電動(dòng)工具及各種便攜式電子裝置上.
  普通鉛酸蓄電池主要由極板組、電解液和電池槽等部分組成.正、負(fù)極板都由板柵和活性物質(zhì)構(gòu)成,其中正極板上的活性物質(zhì)是棕色的二氧化鉛(pbo2),負(fù)極板上的活性物質(zhì)為深灰色的海綿狀純鉛(pb).電解液是用蒸餾水(H2O)和純硫酸(H2SO4)按一定的比例配成的.在充電過程中,電解液與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而把電能變成化學(xué)能貯存起來;在放電過程中,電解液也與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),把貯存在蓄電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載.為了使化學(xué)反應(yīng)能正常進(jìn)行,電解液必須具有一定的濃度.電池槽是極板組和電解液的容器,它必須具有較好的耐酸性能、絕緣性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度.
   在蓄電池正、負(fù)極板之間接入負(fù)載,便開始了蓄電池的放電過程.此時(shí),正極板電位下降,負(fù)極板電位上升,正負(fù)極板上的活性物質(zhì)(pbO2和pb)都不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U(pbSO4),電解液中的硫酸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗?電解液比重逐漸下降,從而使蓄電池內(nèi)阻增加、電動(dòng)勢(shì)降低.如果在蓄電池的正、負(fù)極板之間接入輸出電壓比蓄電池端電壓高的直流電源,蓄電池的充電過程便開始了.此時(shí),正極板電位因正電荷聚集而上升,負(fù)極板電位因負(fù)電荷聚集而下降,正極板上的逐漸變?yōu)镻bO2,負(fù)極板上的PbSO4逐漸變?yōu)楹＞d狀.同時(shí),電解液中H2SO4合成逐漸增多,水分子逐漸減少,電解液比重逐漸增加,蓄電池端電壓也不斷提高.
2、蓄電池快速充電技術(shù)
   常規(guī)充電的方法采用小電流慢充方式,對(duì)新的鉛酸蓄電池初充電需70h以上,進(jìn)行普通充電也需10h以上.充電時(shí)間太長(zhǎng),不但會(huì)拉長(zhǎng)充電監(jiān)測(cè)的時(shí)間、造成電能的浪費(fèi),還限制了蓄電池的循環(huán)利用次數(shù),并增加維護(hù)工作量.此外,對(duì)于像電動(dòng)汽車等要求蓄電池連續(xù)供電的場(chǎng)合,使用起來很不方便.而采用快速充電方法,可以縮短蓄電池的充電時(shí)間,提高充電效率,節(jié)約能源,并更好地滿足工業(yè)應(yīng)用的需要,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義.
   20世紀(jì)60年代中期,美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)蓄電池充電過程中的出氣問題作了大量的試驗(yàn)研究工作,提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線.在充電過程中,只要充電電流不超過蓄電池可接受的電流,蓄電池內(nèi)部就不會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡.而常規(guī)充電一般采用先恒流、后恒壓的兩階段充電法,在充電過程初期,充電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蓄電池可接受的充電電流,因而充電時(shí)間大大延長(zhǎng);充電過程后期,充電電流又大于蓄電池可接受電流,因而蓄電池內(nèi)產(chǎn)生大量的氣泡.但是,如果在整個(gè)充電過程中能使實(shí)際充電電流始終等于或接近于蓄電池可接受的充電電流,則充電速度就可大大加快,而且出氣率也可控制在很低的范圍內(nèi).這就是快速充電的基本理論依據(jù).然而,在充電過程中,蓄電池中產(chǎn)生的極化電壓會(huì)阻礙其本身的充電,并且使出氣率和溫升顯著升高,因此,極化電壓是影響充電速度的重要因素.由此可知,要想實(shí)現(xiàn)快速充電,必須設(shè)法消除極化電壓對(duì)蓄電池充電的影響.從極化電壓的形成機(jī)理可以推知,極化電壓的大小是緊隨充電電流的變化而改變的.當(dāng)停止充電時(shí),電阻極化消失,濃差極化和電化學(xué)極化亦逐漸減弱;而如果為蓄電池提供一條放電通道讓其反向放電,則濃差極化和電化學(xué)極化將迅速消失,同時(shí)蓄電池內(nèi)溫度也因放電而降低.因此,在蓄電池充電過程中,適時(shí)地暫停充電,并且適當(dāng)?shù)丶尤敕烹娒}沖,就可迅速而有效地消除各種極化電壓,從而提高充電速度.目前,大家比較認(rèn)同的快速充電方法是脈沖充電、脈沖放電去極化方法.
3、充電控制方法
   充電控制主要包括主充、均充、浮充三階段的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,從放電狀態(tài)到充電狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,充電程序判斷及停充控制等方面.掌握正確的控制方法,有利于提高蓄電池充電效率和使用壽命.
3.1主充、均充、浮充各階段的自動(dòng)轉(zhuǎn)換
   目前,國(guó)內(nèi)大部分充電電源仍采用主充、均充、浮充三階段充電法實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電.充電各階段的自動(dòng)轉(zhuǎn)換方法有:
(1)時(shí)間控制,即預(yù)先設(shè)定各階段充電時(shí)間,由時(shí)間繼電器或控制轉(zhuǎn)換時(shí)刻;
(2)設(shè)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的充電電流或蓄電池端電壓值,當(dāng)實(shí)際電流或電壓值達(dá)到設(shè)定值時(shí),即自動(dòng)轉(zhuǎn)換;
(3)采用積分電路在線監(jiān)測(cè)蓄電池的容量,當(dāng)容量達(dá)到一定值時(shí),則發(fā)信號(hào)改變充電電流的大小.
  上述方法中,時(shí)間控制比較簡(jiǎn)單,但這種方法缺乏來自蓄電池的實(shí)時(shí)信息,控制比較粗略;容量監(jiān)控方法控制電路比較復(fù)雜,但控制精度較高.
3.2充電程度判斷
  在對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí),必須隨時(shí)判斷蓄電池的充電程度,以便控制充電電流的大小.判斷充電程度的主要方法有:
   (1)觀察蓄電池去極化后的端電壓變化.一般來說,在充電初始階段,電池端電壓的變化率很小;在充電的中間階段,電池端電壓的變化率很大;在充電末期,端電壓的變化率極小.因此,通過觀測(cè)單位時(shí)間內(nèi)端電壓的變化情況,就可判斷蓄電池所處的充電階段;
   (2)檢測(cè)蓄電池的實(shí)際容量值,并與其額定容量值進(jìn)行比較,即可判斷其充電程度;
   (3)檢測(cè)蓄電池端電壓判斷.當(dāng)蓄電池端電壓與其額定值相差較大時(shí),說明處于充電初期;當(dāng)兩者差值很小時(shí),說明已接近充滿.
3.3停充控制
  當(dāng)蓄電池充足電后,必須適時(shí)地切斷充電電流,否則蓄電池將出現(xiàn)大量出氣、失水和溫升等過充反應(yīng),直接危及蓄電池的使用壽命.因此,必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的充電狀況,保證電池充足電而又不過充電.主要的停充控制方法有:
   (1)定時(shí)控制采用恒流充電法時(shí),電池所需充電時(shí)間可根據(jù)電池容量和充電電流的大小很容易地確定,因此只要預(yù)先設(shè)定好充電時(shí)間,一旦時(shí)間一到,定時(shí)器即可發(fā)出信號(hào)停充或降為涓流充電.定時(shí)器可由時(shí)間繼電器充當(dāng),或者由單片機(jī)承擔(dān)其功能.這種方法簡(jiǎn)單,但充電時(shí)間不能根據(jù)電池充電前狀態(tài)而自動(dòng)調(diào)整,因此實(shí)際充電時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)有時(shí)欠充、有時(shí)過充的現(xiàn)象;
   (2)電池溫度控制對(duì)電池而言,正常充電時(shí),蓄電池的溫度變化并不明顯,但是,當(dāng)電池過充時(shí),其內(nèi)部氣體壓力將迅速增大,負(fù)極板上氧化反應(yīng)使內(nèi)部發(fā)熱,溫度迅速上升(每分鐘可升高幾個(gè)攝氏度).因此,觀察電池溫度的變化,即可判斷電池是否已經(jīng)充滿.通常采用兩只熱敏電阻分別檢測(cè)電池溫度和環(huán)境溫度,當(dāng)兩者溫差達(dá)到一定值時(shí),即發(fā)出停充信號(hào).由于熱敏電阻動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢,故不能及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到電池的滿充狀態(tài);
   (3)電池端電壓負(fù)增量控制一般而言,當(dāng)電池充足電后,其端電壓將呈現(xiàn)下降趨勢(shì),據(jù)此可將電池電壓出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)的時(shí)刻作為停充時(shí)刻.與溫度控制法相比,這種方法響應(yīng)速度快,此外,電壓的負(fù)增量與電壓的絕對(duì)值無關(guān),因此這種停充控制方法可適應(yīng)具有不同單格電池?cái)?shù)的蓄電池組充電.此方法的缺點(diǎn)是一般的檢測(cè)器靈敏度和可靠性不高,同時(shí),當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí),電池充足電后電壓的減小并不明顯,因而難以控制;
  (4)利用極化電壓控制通常情況下,蓄電池的極化電壓出現(xiàn)在電池剛好充滿后,一般在50mV~100mV數(shù)量級(jí),采用有關(guān)專利技術(shù)來測(cè)量每個(gè)單格電池的極化電壓,這樣就使每個(gè)電池都可充電到它本身所要求的程度.研究表明,由于每個(gè)電池在幾何結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及電學(xué)特性等方面至少存在一些輕微的差別,那么根據(jù)每個(gè)單格電池的特性來確定它所要求的充電水平會(huì)比把蓄電池組作為一個(gè)整體來控制的方法更加合適一些.這種方法的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
①不需溫度補(bǔ)償;
②電池不需連續(xù)浮充電,電池間連線腐蝕減少;
③不同型號(hào)和使用情況的電池可構(gòu)成一組使用;
④可以隨意添加電池以便擴(kuò)容;
⑤每個(gè)電池都可用到不能再用,而其壽命不會(huì)縮短.
4、結(jié)論
   蓄電池充電技術(shù)的改進(jìn),有利于縮短充電時(shí)間、提高利用效率、延長(zhǎng)使用壽命、降低能耗、減少環(huán)境污染,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.根據(jù)蓄電池可接受充電電流曲線,只要采用適當(dāng)方法對(duì)電池實(shí)行去極化,實(shí)現(xiàn)蓄電池的快速充電是可能的.研究表明,脈沖充電、脈沖放電去極化充電法是一種較好的快速充電方法,而實(shí)現(xiàn)這一方法的最佳裝置是高頻開關(guān)充電電源.蓄電池的充電控制包括各個(gè)充電階段的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、充電程度判斷以及停充控制等三個(gè)方面.蓄電池充放電的時(shí)間、速度、程度等都會(huì)對(duì)蓄電池的充電效率和使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響,因此在對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電時(shí),必須把握以下原則:
   (1)避免蓄電池充電過量或充電不足過充會(huì)使蓄電池內(nèi)部溫升過大、出氣率上升,導(dǎo)致正極板損壞,從而影響電池的穩(wěn)定性乃至壽命;欠充電會(huì)使負(fù)極板硫化,蓄電池內(nèi)阻增大,容量降低.因此一定要掌握好蓄電池的充電程度;
   (2)控制放電電流值即放電速度蓄電池放電電流越大,再充電時(shí)可接受的初始充電電流值也越大,有助于提高再充電的速度.但是,蓄電池放電電流流經(jīng)內(nèi)阻時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)引起溫度上升,因而放電電流不宜過大;
   (3)避免深度放電根據(jù)蓄電池充電電流接受比第一定律,對(duì)于任意給定的放電電流來說,蓄電池充電電流接受比與它已放出的電荷量的平方根成反比,因此放電深度越大,蓄電池放出的電量越多,蓄電池可接受的充電電流就越小,這將減慢蓄電池的充電速度;
   (4)注意環(huán)境溫度的影響蓄電池的放電電量隨環(huán)境溫度的降低而減小,因此在不同的環(huán)境溫度下,應(yīng)該掌握不同的放電速度和放電程度.
  源自:電力通信網(wǎng)