蓄電池充電過程研究

李寶余 張江濤 陳峰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展和科技水平的不斷提升，電動汽車等行業(yè)在得到發(fā)展機遇的同時也面臨著綠色發(fā)展、能源節(jié)約等重要挑戰(zhàn)，與此同時，蓄電池裝置作為重要儲能裝備得到了社會各界人士的廣泛關(guān)注。因此，該文從學習蓄電池基本工作原理出發(fā)，在深入了解蓄電池充電過程及其模式的基礎(chǔ)上對蓄電池壽命和溫度、蓄電池容量等之間的關(guān)系進行了一定的探討，旨在提升蓄電池充電管理水平。

關(guān)鍵詞：蓄電池；充電；過程研究

中圖分類號：TM912 文獻標志碼：A

0 引言

隨著當前社會可再生能源行業(yè)的進一步發(fā)展和應(yīng)用，科學高效、綠色環(huán)保的儲能裝置成為社會各界人士廣泛關(guān)注的重點對象，市場及消費者也對節(jié)約資源能源、有效緩解能源危機的儲能技術(shù)提出了更具體、更高的要求。而就目前情況而言，蓄電池作為有效儲能裝置，其發(fā)展水平、潛在發(fā)展能力、使用范圍等都有著較大的優(yōu)勢。因此，進一步研究蓄電池充電全過程的有關(guān)特性，并在此基礎(chǔ)上提升蓄電池充電管理水平和增強蓄電池儲能能力具有不可忽視的重要現(xiàn)實意義。

1 蓄電池基本工作原理

眾所周知，蓄電池是常用的電能儲備裝置和能源變換器，它能有效利用充電、放電這一過程高效率地實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為化學能、再將化學能轉(zhuǎn)化為電能這一過程。以鉛酸蓄電池為例，它主要由極板、隔板、電解液和電池槽等部分組成。通常情況下，該蓄電池以布滿海綿狀鉛物質(zhì)的鉛板作負極，以布滿二氧化鉛物質(zhì)的鉛板為正極，并將22%～28%濃度的稀硫酸作為電解質(zhì)。在鉛酸蓄電池的充電過程中，該蓄電池有效利用相應(yīng)化學反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學能進行儲存，而在放電過程中，蓄電池又進一步將化學能轉(zhuǎn)化為電能，為相應(yīng)設(shè)備提供能量。在該蓄電池放電時，金屬鉛作為負極發(fā)生有關(guān)氧化反應(yīng)，進一步被氧化為硫酸鉛，而二氧化鉛作為正極發(fā)生還原反應(yīng)，進一步還原為硫酸鉛。在該蓄電池充電時，往往采用直流電源進行充電，在正負兩極分別生成鉛和二氧化鉛。在蓄電池電容量達到有關(guān)標準移去充電電源后，鉛酸蓄電池就重新回復(fù)到放電前的化學電池狀態(tài)，以利于蓄電池下一次充放電的循環(huán)使用。在此過程中，鉛酸蓄電池等常用蓄電池實現(xiàn)了反復(fù)充電放電的過程，常被人們稱為二次電池。此外，蓄電池的電壓通常為2V，而3個鉛酸蓄電池串聯(lián)使用時其電壓便為6V，有關(guān)工作人員可根據(jù)實際使用情況科學合理地選擇鉛酸蓄電池的使用數(shù)量，最大程度地減少電能的浪費。同時，在鉛酸蓄電池使用一定時間后，有關(guān)工作人員應(yīng)補充適量的蒸餾水，從而保證蓄電池電解質(zhì)中稀硫酸的濃度。目前，我國主要將鉛酸蓄電池用于汽車、摩托車、拖拉機和柴油機等機械的啟動和照明，同時也為節(jié)約電能做出了一定貢獻。

2 蓄電池充電模式

隨著蓄電池等新型綠色儲電模式的進一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有關(guān)管理部門根據(jù)國際公認經(jīng)驗法設(shè)立了一系列充電方法制度，旨在進一步規(guī)范蓄電池充電模式。其中，最著名的即為安培小時規(guī)則，也就是說，蓄電池在儲存電能的過程中，其充電所用的電流安培數(shù)應(yīng)小于等于有關(guān)蓄電池裝置待充電的安培數(shù)，最大程度上減少蓄電池充電過程中溫度改變和氣體變化的影響，盡可能地保證蓄電池充電過程的安全性和可靠性。目前，常用的蓄電池充電方式主要有以下4種。

2.1 恒流充電法

該方法是利用有關(guān)設(shè)備調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池電阻串聯(lián)方式來保證蓄電池充電電流強度為某一固定值的充電方式。在此充電過程中，蓄電池可接受電流的能力隨著充電時間的延長逐漸降低，在其充電后期，甚至會出現(xiàn)充電電流大部分用于電解水，使得充電出氣量進一步增加的情況。

2.2 恒壓充電法

在該模式下充電的蓄電池有關(guān)裝置，在整個充電過程中電壓保持某一固定值不變，而充電電流隨著蓄電池兩端電壓的逐漸升高而減少。總的來說，由于蓄電池充電初期其電動勢較低，電流較大，而隨著充電時間的延長，充電電流逐漸減小。因此，往往只需要控制較為簡易的系統(tǒng)便能有效完成蓄電池充電過程，但由于其充電初期電流較大，往往會在一定程度上影響蓄電池的使用壽命。

2.3 階段充電法

階段充電法主要分為二階段充電法和三階段充電法2種。二階段充電法是采用恒電流法和恒電壓法相結(jié)合的快速充電模式，此方法先采用恒電流充電到某一固定電壓值，然后再采用恒電壓法完成剩余蓄電池電能的儲存。在此過程中，兩階段之間轉(zhuǎn)換的電壓值往往即為第二階段恒電壓值。三階段充電法是在充電開始和充電結(jié)束兩階段采用恒電流充電方式，充電中期采取恒電壓充電方式的電能儲存模式。在此過程中，當充電電流減弱到某一固定值時，蓄電池充電過程由中期轉(zhuǎn)化為末期，最大程度上減少電解水產(chǎn)生的氣體總量。

2.4 脈沖式快速充電法

該方法首先利用有關(guān)裝置的脈沖電流對蓄電池進行充電，然后暫停一定時間的充電再繼續(xù)利用脈沖裝置充電，反復(fù)循環(huán)，直至蓄電池電容量補足。在此充電過程中，脈沖裝置補充蓄電池電容量，而間歇期則給予了蓄電池化學反應(yīng)后氫氣和氧氣充分結(jié)合的時間，消除了濃差極化和歐姆極化效應(yīng)，最大程度地減輕了蓄電池的內(nèi)壓，為蓄電池下一充電周期吸收更多電能奠定了基礎(chǔ)。總之，脈沖式快速充電法在滿足蓄電池固有充電接受率的基礎(chǔ)上進一步增大了蓄電池充電的接受率，破除了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，為蓄電池充電模式的進一步創(chuàng)新帶來了更多的思考。

3 蓄電池的壽命和容量與溫度的關(guān)系

通常情況下，蓄電池會在各種各樣的環(huán)境溫度下進行使用，因此，進一步分析和研究蓄電池使用壽命、電容量等和環(huán)境溫度的關(guān)系具有重要的指導(dǎo)意義。就蓄電池使用壽命和環(huán)境溫度的關(guān)系而言，不管怎樣的機械設(shè)備，其額定參數(shù)等對其有著重要的影響，蓄電池裝置同樣如此。當蓄電池容量、有關(guān)額定參數(shù)環(huán)境等確定后，蓄電池放電容量和溫度的關(guān)系大致為正比例關(guān)系。當環(huán)境溫度為25 ℃時，蓄電池容量往往為100 %，而當環(huán)境溫度為0 ℃時，蓄電池容量僅有80 %。同樣地，當溫度升高時，蓄電池容量會相應(yīng)增大，但過高的溫度往往會加速電解液的蒸發(fā)和極板的腐蝕，給蓄電池帶來更大的傷害。而就蓄電池壽命和環(huán)境溫度的關(guān)系而言，不少試驗數(shù)據(jù)都表明，蓄電池使用壽命和環(huán)境溫度成反比例關(guān)系。一般來說，25℃左右即為蓄電池使用壽命較長的最佳溫度，而在60℃的環(huán)境溫度下，蓄電池往往僅能正常工作1～2年。同時，如果蓄電池長期處于高溫工作環(huán)境下，蓄電池的使用壽命將會大幅度減少，且其出現(xiàn)安全事故的概率進一步增大。總之，溫度對蓄電池使用壽命的長短、電容量的大小等都有著較大的影響，工作人員在使用蓄電池時應(yīng)嚴格控制其環(huán)境溫度。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代社會科技水平的進一步提升和各國對可再生能源、可持續(xù)性經(jīng)濟發(fā)展等重視程度的不斷加大，世界各國都在進一步擴大蓄電池在各行各業(yè)中的使用范圍。同時，有關(guān)科研工作者也在進一步利用仿真模擬、數(shù)學模型等基礎(chǔ)上進一步分析蓄電池容量、溫度影響等有關(guān)性質(zhì)，旨在找出相應(yīng)有效辦法進一步提升蓄電池的電容量和使用壽命等。部分學者提出利用帶有溫度補償回路的充電器和利用有關(guān)隔熱材料等進一步降低溫度對蓄電池影響的方法。總之，隨著可再生能源利用范圍的進一步擴大和能源危機的不斷逼近，行業(yè)的進一步發(fā)展和壯大對蓄電池等科學儲能裝置提出了更高的要求。在此過程中，蓄電池有關(guān)研究人員必須進一步深入了解蓄電池充放電實際過程中的各種特性，在順應(yīng)蓄電池發(fā)展趨勢的前提下，在保證蓄電池使用安全的基礎(chǔ)上，盡可能地延長其使用時間，進一步擴大蓄電池容量，為蓄電池的進一步發(fā)展做出更多的貢獻。

參考文獻

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