【蓄电池充电】蓄电池如何正确充电 蓄电池充电方法详解
[电池充电] 如何正确给电池充电 电池充电方法详解
介绍
投入使用后，必须定期进行充放电。充电的目的是恢复电池的容量，以满足用电设备的需要。放电的目的是及时检测电池的容量参数，促进电极活性物质的活化反应。电池充放电的好坏，将直接影响电池的电气性能和使用寿命。目前电池的充电方式很多，选择科学合理的充电方式，将大大提高电池的维护效果。
1.电池常用的充电方法
1）恒流充电法
在充电过程中，充电电流保持不变，这种充电方式称为恒流充电法，又称恒定电流充电法或等电流充电法。在充电过程中，随着电池电压的逐渐升高，充电电流逐渐减小。为了使充电电流不因电池端电压升高而减小，必须在充电过程中逐渐升高电源电压，以维持充电电流不变。这就对充电设备的自动化程度要求较高，一般的简易充电设备不能满足恒流充电的要求。恒流充电法中，在电池允许的最大充电电流下，充电电流越大，充电时间越短。如果从时间考虑，这种方法是有利的。但充电后期，如果充电电流保持不变，大部分电流都用来电解水，电解液产生过多气泡，出现沸腾现象，不仅耗电，而且容易使极板上的活性物质大量脱落，温升过高，造成极板弯曲，容量迅速下降而提前报废。因此这种充电方式很少采用。
2）恒压充电法
在充电过程中，充电电压保持不变，称为恒压充电法，又称恒定电压充电法或等压充电法。由于恒压充电从开始到结束电源电压保持不变，因此，充电开始时充电电流相当大，大大超过正常的充电电流值。但随着充电的进行，电池端电压逐渐升高，充电电流逐渐减小。当电池端电压与充电电压相等时，充电电流减小到最小甚至为零。可见，采用恒压充电法的优点是可以避免充电后期充电电流过大，造成极板活性物质脱落，电能损失。但它的缺点是在充电开始时，充电电流过大，电极活性物质的体积变化和收缩过快，影响活性物质的机械强度，导致其脱落。在充电后期，充电电流过小，使极板深处的活性物质得不到充电反应，造成长期充电不足，影响电池的使用寿命。所以这种充电方式一般只适用于没有配电设备或充电设备比较简单的特殊场合，如汽车上电池的充电，1号至5号干电池小电池的充电都采用等压充电方式。采用等压充电方式对电池充电时，要求的电源电压为：酸性电池每个单格约2.4～2.8V，碱性电池每个单格约1.6～2.0V。
3）定电阻恒压充电
用来弥补恒压充电缺点的一种方法。在充电电源与电池之间串联一个电阻，这样可以调节充电初期的电流。但有时最大充电电流是有限的，因此随着充电过程的进行，电池电压逐渐上升，但电流却几乎呈线性衰减。有时采用两个电阻值，在2.4V左右时，将低阻值切换为高阻值，以减少析气。
4）阶段等流充电法
结合恒流和恒压充电方法的特点，电池在充电开始时采用较大的电流，一段时间后采用较小的电流，充电结束时采用更小的电流。即在不同阶段采用不同电流的恒流充电方法称为阶段恒流充电法。阶段恒流充电法一般可分为两个阶段或多个阶段。
分段等电流充电法要求充电时间短，充电效果好。由于充电后期采用较小的电流，减少了气泡对极板上活性物质的冲刷，减少了活性物质的脱落。这种充电方式可以延长电池的使用寿命，省电，充电彻底，所以是目前常用的充电方式。一般第一阶段用10h率电流对电池充电，第二阶段用20h率电流充电。每个阶段的充电时间不同，各种电池的具体要求和标准也不尽相同。
5）浮充法
间断使用或仅在交流电停电时使用的蓄电池，均采用浮充充电。一些特殊场合使用的固定式蓄电池，一般也采用浮充充电。浮充的优点主要在于可以降低蓄电池的析气率，防止过充电，同时由于蓄电池与直流电源并联，当用电设备使用大电流时，蓄电池瞬间输出大电流，有利于稳定供电系统电压，用电设备正常用电。浮充的缺点是个别蓄电池充电不均匀，容易出现充电不足的情况，因此需要定期均衡充电。
2.电池快速充电方法
1）恒流恒循环快速充电法
该方法的特点是用电流幅值恒定、周期恒定的脉冲充电电流对电池进行充电，两个充电脉冲之间有一个放电脉冲，用于去极化，以提高电池的充电接受能力。充电过程中，充电电流及其脉冲宽度不受电池充电状态的影响，因此，它是一种开环脉冲充电。这种充电方式很容易使电池充满电，但如果不加防止过充电的保护装置，很容易造成强烈过充电，影响电池的使用寿命。这种充电方式，虽然在整个充电过程中都加了去极化措施，但这种固定的去极化措施很难满足整个充电过程的要求。
2）恒流恒气率脉冲充放电极化快速充电法
这种充电方式的特点是：在整个充电过程中，充电电流脉冲的幅值和电池的气体逸出率保持不变。在充电过程开始时，充电电流略低于电池的初始接受电流。在充电过程中，由于电池的可接受电流逐渐减小，经过一段时间后，充电电流将超过电池的可接受电流，因此电池中会产生更多的气体，气体逸出率将明显增加。此时气体检测元件可及时发出控制信号，强制电池停止充电，进行短时间的放电。这样，电池内部的极化效应很快消失，因此气体逸出率始终可以保持在较低的预定值内。目前，国外已有此类解决方案，由于国内缺乏气体敏感元件，因此对这种方法的研究很少。
3）恒流恒压脉冲充放电至极化快速充电法
这种充电方式的特点是先用恒定大电流充电，当达到一定电压（相当于蓄电池出气口电压）时，停止充电，用大电流（或小电流）放电，进行极化，再用恒定大电流充电。这样，充电和放电过程交替进行。放电脉冲的频率随充电量的增加而增大，充电脉冲的宽度随充电量的增加而减小。当充电量与放电量基本相等时，即表示蓄电池已充满电，立即停止充电。
根据此方法，国内外有多种方案实现电池的快速充电，此方法在充电初期不加去极化措施，在加入去极化措施后，不断减小充电脉宽，使充电电流平均值下降更快，延长了充电时间。
4）恒流电压脉冲充电放电至极化快速充电法
此法是恒流恒压脉冲充放电极化快速充电法的改进，它以恒定电流（如IC）进行充电，当电池电压达到充电出口电压（单格电池电压2.35～2.5V）时，停止充电，进行放电（如放电电流2～3C，脉冲宽度为1ms），然后再充电……在加上放电极化脉冲后，利用积分器电路形跟踪提高充电控制电压（提高出口电压），加快充电速度，提高充满度。其余与恒流恒压法相同。
5）恒压恒频脉冲充放电至极化快速充电法
该方法的特点是充电脉冲电压幅值保持不变，随着充电过程的进行，电池电动势逐渐增大，充电电流幅值逐渐减小，充电脉冲电流频率不变，在两次充电脉冲之间增加一个放电去极化脉冲。
6）端电压及充放电频率选择脉冲充放电极化快速充电法
该方法的特点是在充电时根据蓄电池的极化情况选择充放电脉冲的频率，并在充电后期将蓄电池端电压限制在预先选定的值，从而使气体逸出率限制在某一允许值内。
7）适应全过程极化脉冲充放电及极化快速充电方式
该方法的特点是在整个充电过程中适时加入去极化放电脉冲，放电脉冲之后，充电电流恢复之前，检测去极化效果，当达到一定的去极化效果时，切换回充电，否则再次进行去极化放电，直到达到要求的去极化效果后才切换回充电。这样，去极化措施可以适应整个过程。该方案可以有效地将气体析出量抑制到很小的值。
3 蓄电池理想充电方式探讨
自1859年电池出现以来，经过多次改进，电池已广泛应用于许多领域。但由于人们对电池充电制度的熟悉程度有限，电池充电一直沿袭着旧式的充电制度，导致电池充电时间较长。因此电池使用不便，不能满足迅速发展的经济建设和国防建设的需要。
我国常规的充电制度是在不熟悉充电规则的情况下被迫采用的一种不公平的充电方式。常规充电方式的缺点是充电时间长、效率低、产气量大、电池利用周转率低、充电管理系统复杂。这种充电制度的落后与电池的广泛应用之间存在一定的矛盾。为此，在充电领域，必须加强对充电规则的熟悉和研究，逐步探索出一套快而好的充电制度，使电池适应各行业经济发展的需要和国防建设的需要。
1）三段充电方式
目前航空电池的充电多采用阶段恒流充电方式，一般酸性航空电池采用恒流两段充电方式，碱性航空电池采用恒流两段充电方式或恒流一段充电方式，但此种充电方式在充电中期远离充电电流接受率曲线，因此采用三段充电方式为佳。
三阶段充电法是将两阶段等流充电法与恒定等压充电法相结合，在充电开始和结束时采用恒定电流，中间阶段采用恒定电压充电。电池在充电开始时采用较大的电流，经过一段时间后，改为恒定电压充电，当电流衰减到预定值时，由第二阶段转入第三阶段。采用三阶段充电法的优点是：避免了恒压充电法开始时充电电流过大，后期电流过小的情况，比两阶段等流充电更接近中间阶段的充电电流接受率曲线。这种充电方式减少了充电时排出的气体量，充电彻底，延长了电池的使用寿命。三阶段充电法的充电电流、充电电压变化曲线如图1所示。
2）恒流恒压快速充电方式
采用恒定大电流充电。当电池达到出口电压时，停止充电放电，然后进行大电流充电。充电和放电过程交替进行。放电脉冲宽度随电荷量的增加而增大，充电脉冲宽度随电荷量的减少而减小。当充放电量基本相等时，表明电池基本充满，立即停止充电。
该类充电设备在当地已有，其工作过程是三相交流电源通过接触器、变压器、可控硅充电开关对蓄电池充电，当蓄电池电压达到出气口电压时，由电压传感器检测并发出信号，此信号使充放电状态控制器切换到停止充电状态，并发出三个控制信号，第一个控制信号为关断充电脉冲发生器的信号，第二个控制信号为启动极化信号，在放电前经停止充电延时电路延时(t1-t2)后，发出放电启动脉冲，打开放电开关，蓄电池开始向放电电阻放电，经放电延时电路延时(t2-t3)后，发出放电关断脉冲，结束放电。充放电过程依次重复，直至充电完成。第三个控制信号送至启动放电定时器，使其从第一次极化放电开始计时，到达预定时间后结束充电，自动关机。采用这种方式充电时，电池的充放电电流波形如图2所示。以上两种方式是电池充电方式的改进方向，我国采用的快速充电方案很多，性能差异很大，各种充电方式对电池寿命的影响也不同，这两种方式从理论上来说比较适合电池充电的要求。