蓄电池充电机-交流假负载交流负载箱进口交流假负载电阻负载.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：蓄电池充电机充电原理示意图蓄电池充电方法的研究侯聪玲1吴捷1李金鹏1张淼2(1华南理工大学电力学院广东广州510640）(2广东工业大学自动化学院广东广州510090）摘要：针对蓄电池的特点研究了蓄电池充放电过程中的极化现象提出和分析了几种充电方式并展望了其发展前景。关键词：蓄电池；充电；极化引言铅酸蓄电池由于其制造成本低容量大价格低廉而得到了广泛的使用。但是若使用不当其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多而采用正确的充电方式能有效延长蓄电池的使用寿命。研究发现：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使用寿命具有举足轻重的作用。1蓄电池充电理论基础上世纪60年代中期美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究并提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电曲线如图1所示。实验表明如果充电电流按这条曲线变化就可以大大缩短充电时间并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线从而奠定了快速充电方法的研究方向[12]。图1最佳充电曲线由图1可以看出：初始充电电流很大但是衰减很快。主要原因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缩小了正极板的面积表现为内阻上升出现所谓的极化现象。蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O（1）很显然充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是实践表明蓄电池充电时外加电压必须增大到一定数值才行而这个数值又因为电极材料溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中这种电动势超过热力学平衡值的现象就是极化现象。一般来说产生极化现象有3个方面的原因。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避免地受到一定的阻力称为欧姆内阻。为了克服这个内阻外加电压就必须额外施加一定的电压以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大欧姆极化将造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应最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充生成物能及时离去。实际上生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说从电极表面到中部溶液电解液浓度分布不均匀。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进行的电化学反应的速度落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前电极表面带有负电荷其附近溶液带有正电荷两者处于平衡状态。放电时立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me－e→Me＋不能及时补充电极表面电子的减少电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极金属离子Me＋转入溶液加速Me－e→Me＋反应进行。总有一个时刻达到新的动态平衡。但与放电前相比电极表面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阻碍了正常的充电电流。同理电池正极放电时电极表面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充电方法的研究2.1常规充电法常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数不应超过蓄电池待充电的安时数。实际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须的最短时间具有重要意义。一般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装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法保持充电电流强度不变的充电方法如图2所示。控制方法简单但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降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此常选用阶段充电法。图2恒流充电曲线2.1.2阶段充电法此方法包括二阶段充电