蓄電池充電:原理簡介,詳細內容,蓄電池充電器原理,充電方法制度,恆流充電法,恆壓充

上世紀60年代中期，美國科學家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，並提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，並且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線。

基本介紹

中文名：蓄電池充電
外文名：Battery charging
原理：將電能轉化為化學能
充電方法：恆流、恆壓、階段、快速充電法
充電時間計算：充電電池容量/充電電流*1.5

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原理簡介

蓄電池放電後，用直流電按與放電電流相反的方向通過蓄電池，使它恢復工作能力，這個過程稱為蓄電池充電。蓄電池充電時，電池正極與電源正極相聯，電池負極與電源負極相聯，充電電源電壓必須高於電池的總電動勢。充電方式有恆電流充電和恆電壓充電兩種。

詳細內容

蓄電池充電器原理

蓄電池裡面有大量的硫酸等可供電離的溶液，當插上電源，電流就通過裡面的鉛板（有些電池不是鉛）電離溶液，這樣就將電能轉化為化學能；如果要使用，溶液就會轉化為電能通過電極輸送出去。這是原理上的描述，事實上，真實的情況十分複雜，可參考相關專業書籍。

充電方法制度

常規充電制度是依據1940年前國際公認的經驗法則設計的。其中最著名的就是“安培小時規則”：充電電流安培數，不應超過蓄電池待充電的安時數。實際上，常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制。這個現象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。

恆流充電法

恆流充電法是用調整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法。控制方法簡單，但由於電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電後期，充電電流多用於電解水，產生氣體，使出氣過甚，因此，常選用階段充電法。

恆壓充電法

充電電源的電壓在全部充電時間裡保持恆定的數值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恆流充電法相比，其充電過程更接近於最佳充電曲線。用恆定電壓快速充電，由於充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統。

這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。鑒於這種缺點，恆壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時採用。例如，汽車運行過程中，蓄電池就是以恆壓充電法充電的。

階段充電法

此方法包括二階段充電法和三階段充電法

①二階段法採用恆電流和恆電壓相結合的快速充電方法，首先，以恆電流充電至預定的電壓值，然後，改為恆電壓完成剩餘的充電。一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恆電壓。

②三階段充電法在充電開始和結束時採用恆電流充電，中間用恆電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。

快速充電法

①脈衝式充電法，這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發展。脈衝充電方式首先是用脈衝電流對電池充電，然後讓電池停充一段時間，如此循環，如圖5所示。充電脈衝使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使濃差極化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內壓，使下一輪的恆流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈衝使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。

②2REFLEXTM快速充電法，這種技術是美國的一項專利技術，它主要面對的充電對象是鎳鎘電池。由於它採用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時間。鉛酸蓄電池的充電方法和對充電狀態的檢測方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借REFLEXTM充電法的一個工作周期包括正向充電脈衝，反向瞬間放電脈衝，停充維持3個階段。

③變電流間歇充電法，這種充電方法建立在恆流充電和脈衝充電的基礎上，如圖7所示。其特點是將恆流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段採用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電後期採用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復至完全充電態。通過間歇停充，使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使濃差極化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內壓，使下一輪的恆流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。

④變電壓間歇充電法，在變電流間歇充電法的基礎上又有人提出了變電壓間歇充電法，如圖8所示。與變電流間歇充電方法不同之處在於第一階段的不是間歇恆流，而是間歇恆壓。在每個恆電壓充電階段，由於是恆壓充電，充電電流自然按照指數規律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進行逐漸下降的特點。

⑤變電壓變電流波浪式間歇正負零脈衝快速充電法，合脈衝充電法、ReflexTM快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優點，變電壓變電流波浪式正負零脈衝間歇快速充電法得到發展套用。脈衝充電法充電電路的控制一般有兩種：

1）脈衝電流的幅值可變；

2）脈衝電流幅值固定不變。

脈衝電流幅值和PWM信號的頻率均固定，PWM占空比可調，在此基礎上加入間歇停充階段，能夠在較短的時間內充進更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力。

鉛酸蓄電池是世界上廣泛使用的一種化學電源，該產品具有良好的可逆性，電壓特性平穩，使用壽命長，適用範圍廣，原材料豐富（且可再生使用）及造價低廉等優點。主要套用在交通運輸，通信，電力，鐵路，礦山，港口等國民經濟各個部門，是社會生產經營活動中不可缺少的產品，具有廣闊的發展前景。

定量研究

恆壓充電時計算充電電流

鉛酸蓄電池恆壓充電時,充電電流設電池安時值的10%。如165AH的充電，為16.5A!充電電流是個變數，跟容量、時間有關係，充電時間越長，伴隨著電池儲能的增加，充電電流會一路衰減。不過，選擇電池參數的時候，是不會去考慮充電電流這一項的，只考慮電池的放電電流，電池廠家都要提供放電曲線的。

蓄電池充電電流與時間的關係

每一種電池的充電電壓和電流都是不同的，這在購買的時候，廠家會提供這些參數的。以12V鉛酸電池為例，最佳充電電壓為14.5-15V 。充電流一般都是容量的10%即10小時率。比如100AH12V的電池，最佳充電電壓和電流分別為：15V 10A。

蓄電池的充電電流大小限制

一個100AH的蓄電池，充電電流最大不能大於30A。循環充電時，充電器提供的最高電壓應有限制，6V電池的充電電壓為7.2—7.5V，12V電池充電電壓為14.4—15V，充電最大電流不大於額定容量值的30%A（比如2A．H的蓄電池最大充電電流不能大於2×0.3=0.6安培）；以10小時充電率為宜（比如2A．H的蓄電池以0.2安培為宜），若充電電流過大，則蓄電池易發熱，造成極板脫落、斷裂、短路以致造成爆炸、燃燒等事故。

如何計算充電電池充電時間

充電時間（小時）=充電電池容量（mAh）/充電電流（mA）*1.5的係數

例如你用1600mAh的充電電池，充電器用400mA的電流充電，則充電時間為:1600/400*1.5=6小時（注意：這種方法不適用新購買或長期未使用的充電電池）。

電池的放電

一般說用戶最感興趣的是電池的放電參數，因為這就是選用電池容量的根據。通常人們常說用一個公式來計算電池的容量，而實際上沒有一個通用的公式適合於所有的情況。因為電池一的放電不是線性的，況且各種品牌的電池也不盡相同。比如以某品牌的10Ah的12V電池為例，以放電到10.5(1.75X6)V為準。

如果按0.05C即0.5A放電時，可放20h，放出10Ah的容量；

如果按0.4C即4A放電時，可放2h，放出8Ah的容量；

如果按1C即10A放電時，可放0.5h，放出5Ah的容量；

如果按3C即30A放電時，可放0.025h，放出2.5Ah的容量。

就是說，放電電流越大，放出的容量就越小，計算出來的結果就越不準確。因此，若想在工程上比較精確地求出規定時間的電池容量，必須計算和查表或曲線相結合。

記憶效應

鎳氫充電電池和鋰離子充電電池其實也是有記憶效應，使用起來真的不用放電嗎？

事實上鎳氫充電電池和鋰離子充電電池的記憶效應是十分輕微的，並不值得我們去注意它。請注意看到這裡時，就不要利用充電器的放電功能對鎳氫充電電池和鋰離子充電電池進行放電動作，尤其是鋰離子充電電池，由於本身的材質因數，並不允許電池本身能夠承受充電器的強制放電。如果你硬要對鋰離子充電電池進行放電，最終將導致電池損壞。另外，你使用需放電的鎳鎘充電電池，那么建議你，不論使用電池的次數是否頻繁，最好每隔兩、三個月左右就對鎳鎘充電電池進行一次充放電，這樣可以確保鎳鎘充電電池的記憶效應對電池的影響減到最低狀態。