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详细介绍铅酸蓄电池充电机充电原理《一》

来源:安德普电源科技有限公司作者:高频智能充电机发布时间:2019-05-13 09:12

 

铅酸蓄电池由于其制形成本低,容量大,价钱低廉而得到了普遍的运用。但是,若运用不当,其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的要素很多,而采用正确的充电方式,能有效延长蓄电池的运用寿命。

    研讨发现:电池充电过程对电池寿命影响最大,放电过程的影响较少。也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的。由此可见,一个好的充电器对蓄电池的运用寿命具有无足轻重的作用。

1    蓄电池充电理论根底

    上世纪60年代中期,美国科学家马斯对启齿蓄电池的充电过程作了大量的实验研讨,并提出了以最低出气率为前提的,蓄电池可承受的充电曲线,如图1所示。实验标明,假如充电电流按这条曲线变化,就能够大大缩短充电时间,并且对电池的容量和寿命也没有影响。准绳上把这条曲线称为最佳充电曲线,从而奠定了快速充电办法的研讨方向[1,2]。.

(图一:最佳充电机曲线)
 

 由图1能够看出:初始充电电流很大,但是衰减很快。主要缘由是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中,内部产生氧气和氢气,当氧气不能被及时吸收时,便堆积在正极板(正极板产生氧气),使电池内部压力加大,电池温度上升,同时减少了正极板的面积,表现为内阻上升,呈现所谓的极化现象。

    蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反响式如下:

    PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O    (1)

    很显然,充电过程和放电过程互为逆反响。可逆过程就是热力学的均衡过程,为保证电池可以一直维持在均衡状态之下充电,必需尽量使经过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池自身的电动势。但是,理论标明,蓄电池充电时,外加电压必需增大到一定数值才行,而这个数值又由于电极资料,溶液浓度等各种要素的差异而在不同水平上超越了蓄电池的均衡电动势值。在化学反响中,这种电动势超越热力学均衡值的现象,就是极化现象。

    普通来说,产生极化现象有3个方面的缘由。

    1)欧姆极化    充电过程中,正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可防止地遭到一定的阻力,称为欧姆内阻。为了克制这个内阻,外加电压就必需额外施加一定的电压,以克制阻力推进离子迁移。该电压以热的方式转化给环境,呈现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大,欧姆极化将形成蓄电池在充电过程中的高温。

    2)浓度极化    电流流过蓄电池时,为维持正常的反响,最理想的状况是电极外表的反响物能及时得到补充,生成物能及时离去。实践上,生成物和反响物的扩散速度远远比不上化学反响速度,从而形成极板左近电解质溶液浓度发作变化。也就是说,从电极外表到中部溶液,电解液浓度散布不平均。这种现象称为浓度极化。

    3)电化学极化    这种极化是由于电极上停止的电化学反响的速度,落后于电极上电子运动的速度形成的。例如:电池的负极放电前,电极外表带有负电荷,其左近溶液带有正电荷,两者处于均衡状态。放电时,立刻有电子释放给外电路。电极外表负电荷减少,而金属溶解的氧化反响停止迟缓Me-e→Me+,不能及时补充电极外表电子的减少,电极外表带电状态发作变化。这种外表负电荷减少的状态促进金属中电子分开电极,金属离子Me+转入溶液,加速Me-e→Me+反响停止。总有一个时辰,到达新的动态均衡。但与放电前相比,电极外表所带负电荷数目减少了,与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高,从而严重障碍了正常的充电电流。同理,电池正极放电时,电极外表所带正电荷数目减少,电极电势变负。

    这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。

2    充电办法的研讨

2.1    常规充电法

    常规充电制度是根据1940年前国际公认的经历规律设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”:充电电流安培数,不应超越蓄电池待充电的安时数。实践上,常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必需的最短时间具有重要意义。

    普通来说,常规充电有以下3种。

2.1.1    恒流充电法

    恒流充电法是用调整充电安装输出电压或改动与蓄电池串联电阻的办法,坚持充电电流强度不变的充电办法,如图2所示。控制办法简单,但由于电池的可承受电流才能是随着充电过程的停止而逐步降落的,到充电后期,充电电流多用于电解水,产生气体,使出气过甚,因而,常选用阶段充电法。

(图二: 恒流充电曲线

2.1.2    阶段充电法

    此办法包括二阶段充电法和三阶段充电法。

    1)二阶段法    采用恒电流和恒电压相分离的快速充电办法,如图3所示。首先,以恒电流充电至预定的电压值,然后,改为恒电压完成剩余的充电。普通两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

(图三:二阶段法曲线

  2)三阶段充电法    在充电开端和完毕时采用恒电流充电,中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时,由第二阶段转换到第三阶段。这种办法能够将出气量减到最少,但作为一种快速充电办法运用,遭到一定的限制。

2.1.3    恒压充电法

    充电电源的电压在全部充电时间里坚持恒定的数值,随着蓄电池端电压的逐步升高,电流逐步减少。与恒流充电法相比,其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电,如图4所示。由于充电初期蓄电池电动势较低,充电电流很大,随着充电的停止,电流将逐步减少,因而,只需简易控制系统。

(图四:恒压充电法曲线

这种充电办法电解水很少,防止了蓄电池过充。但在充电初期电流过大,对蓄电池寿命形成很大影响,且容易使蓄电池极板弯曲,形成电池报废。

    鉴于这种缺陷,恒压充电很少运用,只要在充电电源电压低而电流大时采用。例如,汽车运转过程中,蓄电池就是以恒压充电法充电的。

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