基本介紹
- 中文名：充電特性
- 外文名：charge characteristic
- 描述：電位差隨充電時間的變化關係
- 充電過程：電化學作用產生的電偶層
- 終點狀態：處於動態平衡
- 平衡電壓：端電壓升高到2.7V左右
簡介,充電特性分析,充電過程,
簡介
當蓄電池放電達到截止電壓或終止電壓時，充電特性隨著充電電流、充電時間和溫度而變化。圖8-9所示是常用蓄電池的典型充電特性曲線。如圖可見，不同類型的蓄電池的充電特性曲線是不同的，與放電曲線相比差異大。由此引出對於充電方式個性化的要求。按照充電特性要求，不同類型蓄電池有不同的充電方法，同類電池也可以採用多種充電方式。其共性是在充電過程中必須嚴格控制電壓和溫度，防止過充和過熱，否則可能造成蓄電池永久性損壞，甚至發生事故。就蓄電池充電方法而言，總體上是立足於充電電壓和電流的控制，形成電壓控制型充電、電流控制型充電、電壓和電流聯合控制型充電。經過長期摸索，找到有一些適合不同蓄電池的通用充電方式，如在低充電率下採取單一恆流充電，或者在高充電率下採用脈衝電流就必須停止放電，並需要及時充電。然而，顯然它們不能完全滿足個性化安全高效的要求。
8-9
8-9充電特性分析
1.完全充電
按照IEC/T21規定，VRLA蓄電池在溫度(25±2)℃，以恆定電壓u充電16h，或在恆定電壓u充電，充至3h內充電電流仍穩定不變，這兩種條件均屬於VRLA蓄電池被完全充足電。恆定電壓U值一般由電池生產廠家規定，充電電壓和充電方法隨電池用途不同可以不同。完全充電又稱恢復充電。
圖2-6所示表示的是GFM500在放電深度為100%用0.1C10A的電流，限壓2.35V(25℃)進行充電的特性曲線。從圖中可以看出，完全放電後的蓄電池，充電24h後，充入電量可達120%以上。
圖2-7所示為GFM500在放電深度100%後用0.1C10A的電流，限壓2.23V(25℃)進行充電的特性曲線。充電24h後，充入電量可達110%以上。
2.充電特性曲線定性分析
VRLA蓄電池100%放電後(見圖2-6和圖2-7)，在充電過程中，電池電流在充電前期0～7.5h內恆定不變，即保持電流為0.1C10A。電池端電壓逐漸上升至均充電壓2.35v/R或浮充電壓2.23V/只，之後電壓恆定不變。在充電時間自7.5h～10h內，充電電流迅速按指數規律衰減，在10h～20h內衰減減慢，充電結束前幾小時起，電流不再改變。其各階段情況分析如圖示。
(1)在電池充入電量至70%～80%之前，利用整流器的限流特性維持充電電流不變，此過程電池端電壓幾乎呈直線上升，其公式為。
式中，φ+和φ一是電池有充電電流的正極或負極極化電勢，其中包含平衡電極電勢E+或E-，還包含電化學極化及濃差極化產生的過電位η+或η-。恆流充電過程中，隨著電極表面活性物質小孔內電解液濃度增加而提升或變得更負。η+或η-隨電流密度增大所產生的電化學極化與歐姆極化的加劇，其值向正或負方向增加。又受濃差極化的作用，有維持η+被提升和η-繼續變負的趨勢。直到整流器從穩流工作方式轉變為穩壓工作方式，電池端電壓才被限制到設定值。
(2)當電流的端電壓上升至穩壓點附近時，由於充電歷程已到中後期，此時正極板上PbSO4數量已不多，使交換電流密度隨反應面積的變小而增大，所以電化學極化作用已經變小，而電池內阻也明顯減少。但是，充電的真實表面積已經變小了，故引起了電極真實電流密度的增大。繼而使電極表面附近電解液濃度增高，導致濃差極化影響嚴重，造成電池內電流迅速衰減。
(3)當充電至後期，電池電流已明顯變小，所以濃差極化作用隨之減小。而電化學極化作用影響又增加，所以電池電流繼續衰減，只是衰減速度變慢。
(4)充電末期，充入電池的電流大部分用於維持電池內氧循環，僅極小的電流用於維持活性物質的恢復，因而電池電流穩定不變。
以不同的充電電壓對VRLA蓄電池充電時，電壓如用2.23V/只時氣壓增長較緩慢，充電後期的氣壓也較平穩；如用2.40V/只以上時，水分解較多，電池內產生較多氫氣，數量增多後導致氧循環失效，所以忌用高壓長期充電。
3.均衡充電
VRLA蓄電池在使用過程中，有時會發生容量、端電壓不一致的情況，為防止其發展為故障電池，所以要定期履行均衡充電。除此之外，凡遇下列情況也需進行均衡充電：一是單獨向通信負荷供電15min以上，二是電池深放電後容量不足。
均衡充電方法視具體情況而定。
(1)希望通過均衡充電來改善VRLA電池特性參數，這種情況可採用定期全充電方法。用戶在維護中用充電監測器設定周期充電時間(如每三個月或半年)，當VRLA蓄電池浮充運行至設定時間時，整流器自動提升電池端壓，待充電至數小時後又轉為浮充即可。通過提升電池端壓而提升充電電流，可使落後的VRLA電池容量被補足。
(2)希望通過均衡充電恢復VRLA蓄電池在放電之後的容量，常用的方法有兩種，一是按完全充電方法進行，二是先浮充再升壓，即採用遞增電壓法。
充電所需的時間，由電池放電深度、限流值選擇的大小、充電期間的溫度以及充電設備的性能等因素決定。各種產品限流點設定值不盡相同，通常為(0.15～0.25)C10A，但有的國家也採用0.1C10A，也有的採用0.3C10A。充電時問不宜過長，原因如前所述，VRLA蓄電池內的氧再化合效率取浮充電壓值時為最高。而均衡充電電壓已屬高壓，當電壓每提升100mV，浮充電流平均增加10倍。所以充電時間太長，不僅使VRLA蓄電池內盈餘氣體增多，影響VRLA蓄電池內部氧再化合效率，而且使板柵腐蝕速度增加，從而損壞電池。
充電過程
充電時，電源電壓必須克服蓄電池的電動勢和內阻的壓降，因此充電過程中蓄電池的端電壓總是大於電動勢。
充電初期，端電壓迅速上升，是因為充電時極板上的活性物質和電解液的反應首先在極板孔隙內進行．極板孔隙中迅速生成的硫酸來不及向極板外擴散，使孔隙中的電解液密度快速增大，致使電池的電動勢和端電壓迅速上升。
充電中期，隨著充電的進行，新生成的硫酸不斷向周圍擴散，當極板孔隙中生成硫酸的速度和向外擴散的速度處於動態平衡時，蓄電池端電壓的上升速度比較穩定，隨著整個容器內電解液密度的E升而相應增高。
充電末期，蓄電池端電壓達到2.3V～2.4V，這時極板上的活性物質幾乎最大限度地轉變為二氧化鉛和海綿狀鉛。如繼續充電，電解液中的水將開始電解而產生氫氣和氧氣，以氣泡的形式劇烈放出，形成所謂的“沸騰”狀態。由於氫離子在極板上與電子的結合不是瞬間完成而是緩慢進行的，二是靠近負極板處會積存有較多的正離子H+，使溶液和極板之間產生了附加電位差(也稱氫過電位，約為0.33V)，因而使端電壓急劇升至2.7V左右。此時應停止充電。否則，將造成蓄電池的過充電。過充電時，由於劇烈地放出氣泡。會在極板內部造成壓力，加速活性物質的脫落。使極板過早損壞。所以，應儘量避免長時間的過充電。在實際充電中，為了保證將蓄電池充足，往往需要2h～3h的過充電才行。
全部充電過程中，極板孔隙內的電解液密度比容器中的稍大一些。因此，蓄電池的電動勢總是高於靜止電動勢。充電停止後，極板孔隙內電解液和容器中的電解液密度趨向平衡，因而蓄電池的端電壓又降至2.1V左右。
