1．引言

　　蓄電池是一種化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置，所以稱之為化學(xué)電池。它可以借助其它電源使反應(yīng)逆向進(jìn)行，是一種可逆電池，又稱為二次電池。隨著綠色能源和節(jié)能環(huán)保主題行動(dòng)的發(fā)展，鉛酸蓄電池再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，作為一種技術(shù)成熟的二次能源，在未來(lái)的應(yīng)用中，它將發(fā)揮不可替代的作用。

　　1859年普蘭特(G.plante)第一次發(fā)明了鉛酸蓄電池，至今已有一百多年的歷史。一百多年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，蓄電池的工藝、結(jié)構(gòu)不斷改善，性能不斷提高。尤其近年來(lái)，電動(dòng)車(chē)的普及，極大地推動(dòng)電池作為動(dòng)力源應(yīng)用的發(fā)展。

　　然而若使用不當(dāng)，鉛酸蓄電池壽命將大大縮短。影響其壽命的因素很多。研究發(fā)現(xiàn)：電池充電過(guò)程對(duì)電池壽命影響最大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō)，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見(jiàn)，一個(gè)好的充電器對(duì)蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。采用正確的充電方法，不僅能提高蓄電池的效能，更能有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

　　本文主要介紹一種改進(jìn)的脈沖充電方法，能保證有效地消除極化現(xiàn)象，減少極板硫酸鹽化，減少電池析氣，延長(zhǎng)電池使用壽命。

　　2．充電方法介紹

　　蓄電池中化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換是可逆的，也就是充電過(guò)程和放電過(guò)程互為逆反應(yīng)。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下：

　　很顯然，可逆過(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過(guò)電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行,而這個(gè)數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)充電有以下三種。

　　3．常規(guī)充電方法

　　常規(guī)充電方法是依據(jù)1940年前國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。其中最著名的就是“安培小時(shí)規(guī)則”：充電電流安培數(shù)不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。實(shí)際上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過(guò)程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。這個(gè)現(xiàn)象對(duì)蓄電池充電所必須的最短時(shí)間具有重要意義。

　　上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開(kāi)口蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電曲線，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)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(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒(méi)有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了充電方法的研究方向。

圖1 最佳充電曲線

　　3.1恒流充電法

　　恒流充電法是在蓄電池充電過(guò)程中保持充電電流恒定的充電方法。優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡(jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使析氣過(guò)多。一方面造成蒸餾水的流失，同時(shí)伴隨著電解液溫度升高；另一方面電解析出的氫氣也帶來(lái)了不安全因素。

　　3.2階段充電法

　　此方法包括二階段充電法和三階段充電法。

　　①二階段法采用恒流和恒壓相結(jié)合的充電方法。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。

　　②三階段充電法在充電開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。

　　3.3恒壓充電法

　　充電器的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此，只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。

　　這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)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?fù)p壞。另外充電機(jī)一般都是對(duì)串聯(lián)得蓄電池組進(jìn)行充電，由于存在極化現(xiàn)象，長(zhǎng)期對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電容易造成各個(gè)蓄電池單體的端電壓不一致，所以需要不定期的對(duì)電池進(jìn)行均衡充電。

　　4．脈沖充電方法

　　為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度，縮短蓄電池達(dá)到充足狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)保證蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡量地輕，提高蓄電池充電效率。快速充電技術(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。

　　脈沖充電也是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼近最佳充電曲線，而且盡量的消除蓄電池的極化現(xiàn)象。

　　4.1脈沖充電法介紹

　　脈沖充電法不僅遵循蓄電池的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。

　　脈沖充電概括起來(lái)有以下幾種：

　　（1）慢脈沖充電法

　　也叫間歇式脈沖充電。一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，停充間歇期兩個(gè)階段。其中停充間歇期主要用來(lái)消除極化現(xiàn)象。

　　（2）Reflex TM充電法

　　Reflex TM充電法的一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持3個(gè)階段。

　　（3）變電流間歇充電法

　　這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是將恒流充電階段改為限壓變電流間歇充電階段。

　　（4）變電壓間歇充電方法

　　在變電流間歇充電方法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電方法，只是改為了恒流限壓式變電壓充電。

　　（5）變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法

　　下面我們將主要介紹一種改進(jìn)的脈沖充電方法。

　　4.2改進(jìn)式脈沖充電方法

　　這種充電方法建立在恒流恒壓充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上。共分為三個(gè)階段：恒定電流充電，恒定電壓充電，脈沖充電。

　　充電初期采用標(biāo)稱電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期，此時(shí)充電接受率較大，用大電流可以使蓄電池進(jìn)行充分反應(yīng)，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，所以不宜進(jìn)行太長(zhǎng)時(shí)間，避免充電中后期電解液溫度太高，影響蓄電池的使用壽命。

　　當(dāng)恒流充電使電池電壓達(dá)到一定值時(shí)，充電電流多用于電解水，不僅產(chǎn)生氣體，而且電解液溫度開(kāi)始升高。此時(shí)轉(zhuǎn)為恒壓充電，由于此時(shí)蓄電池容量已經(jīng)達(dá)到70%左右，加上對(duì)最大電流進(jìn)行限流，最大程度上保證了充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。

　　隨著蓄電池容量的升高，其充電接受率在不斷下降，所以在恒壓充電階段充電電流是一直在下降的，當(dāng)電流下降至一定值時(shí)，電池的容量已經(jīng)接近85～90%，此時(shí)充電流程轉(zhuǎn)入第三階段，也就是脈沖充電階段。

　　在此階段我們采用變電流脈沖充電的方法，電流按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。采用高低不同電流脈沖來(lái)充分降低蓄電池的極化現(xiàn)象，是其能更充分的進(jìn)行反應(yīng)。另外，一方面對(duì)蓄電池進(jìn)行了很好得補(bǔ)充充電，使蓄電池能夠不欠充也不過(guò)充，因?yàn)檫@兩種情況都直接影響著蓄電池的使用壽命；另一方面，通過(guò)脈沖的激活使極板上的硫酸鹽化問(wèn)題得到一定程度的緩解或解決。同時(shí)通過(guò)間歇小電流充電，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化降低，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。

　　下面是我們的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出的數(shù)據(jù)圖形。如圖2所示。

圖2 改進(jìn)脈沖充電曲線

    由上圖可以看出，在進(jìn)入第三階段后，實(shí)際上蓄電池的電壓已經(jīng)上升的很慢，脈沖的作用更多的體現(xiàn)在補(bǔ)充蓄電池和維護(hù)性能上。

　　5．結(jié)語(yǔ)

　　鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，也是一種綠色能源。它具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)，適用范圍廣，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中不可缺少的產(chǎn)品。但由于充電技術(shù)制約，它的使用壽命一直受到影響。我們提出這種改進(jìn)的脈沖充電方法經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，不僅提高了蓄電池的充電接受率，而且還能對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和激活，能有效的延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。