鉅大LARGE | 點擊量：7682次 | 2018年07月24日
鋰電池的充電特性是什么
蓄電池的充電特性是指在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓u、暫時電動勢E、靜止電動勢Ej和電解液密度隨充電時間的變化關(guān)系。蓄電池充電終了的主要標志是：單體電池的端電壓升高到2.7V左右而不再升高；電解液比重不再增大；電解液中出現(xiàn)大量氣泡，呈現(xiàn)所謂沸騰狀態(tài)。
當(dāng)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。由此引出對于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，同類電池也可以采用多種充電方式。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(fā)生事故。就蓄電池充電方法而言，總體上是立足于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(lián)合控制型充電。經(jīng)過長期摸索，找到有一些適合不同蓄電池的通用充電方式，如在低充電率下采取單一恒流充電，或者在高充電率下采用脈沖電流就必須停止放電，并需要及時充電。然而，顯然它們不能完全滿足個性化安全高效的要求。
1.完全充電
按照IEC/T21規(guī)定，VRLA蓄電池在溫度(25±2)℃，以恒定電壓u充電16h，或在恒定電壓u充電，充至3h內(nèi)充電電流仍穩(wěn)定不變，這兩種條件均屬于VRLA蓄電池被完全充足電。恒定電壓U值一般由電池生產(chǎn)廠家規(guī)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(fù)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，完全放電后的蓄電池，充電24h后，充入電量可達120%以上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖2-7所示為GFM500在放電深度100%后用0.1C10A的電流，限壓2.23V(25℃)進行充電的特性曲線。充電24h后，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%放電后(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(nèi)恒定不變，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，之后電壓恒定不變。在充電時間自7.5h～10h內(nèi)，充電電流迅速按指數(shù)規(guī)律衰減，在10h～20h內(nèi)衰減減慢，充電結(jié)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，
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(xué)極化及濃差極化產(chǎn)生的過電位η+或η-。恒流充電過程中，隨著電極表面活性物質(zhì)小孔內(nèi)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(chǎn)生的電化學(xué)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(xù)變負的趨勢。直到整流器從穩(wěn)流工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)壓工作方式，電池端電壓才被限制到設(shè)定值。
(2)當(dāng)電流的端電壓上升至穩(wěn)壓點附近時，由于充電歷程已到中后期，此時正極板上PbSO4數(shù)量已不多，使交換電流密度隨反應(yīng)面積的變小而增大，所以電化學(xué)極化作用已經(jīng)變小，而電池內(nèi)阻也明顯減少。但是，充電的真實表面積已經(jīng)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(dǎo)致濃差極化影響嚴重，造成電池內(nèi)電流迅速衰減。
(3)當(dāng)充電至后期，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(xué)極化作用影響又增加，所以電池電流繼續(xù)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于維持電池內(nèi)氧循環(huán)，僅極小的電流用于維持活性物質(zhì)的恢復(fù)，因而電池電流穩(wěn)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，充電后期的氣壓也較平穩(wěn)；如用2.40V/只以上時，水分解較多，電池內(nèi)產(chǎn)生較多氫氣，數(shù)量增多后導(dǎo)致氧循環(huán)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(fā)生容量、端電壓不一致的情況，為防止其發(fā)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，二是電池深放電后容量不足。
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(shù)，這種情況可采用定期全充電方法。用戶在維護中用充電監(jiān)測器設(shè)定周期充電時間(如每三個月或半年)，當(dāng)VRLA蓄電池浮充運行至設(shè)定時間時，整流器自動提升電池端壓，待充電至數(shù)小時后又轉(zhuǎn)為浮充即可。通過提升電池端壓而提升充電電流，可使落后的VRLA電池容量被補足。
(2)希望通過均衡充電恢復(fù)VRLA蓄電池在放電之后的容量，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，即采用遞增電壓法。
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(shè)備的性能等因素決定。各種產(chǎn)品限流點設(shè)定值不盡相同，通常為(0.15～0.25)C10A，但有的國家也采用0.1C10A，也有的采用0.3C10A。充電時問不宜過長，原因如前所述，VRLA蓄電池內(nèi)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(dāng)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(nèi)盈余氣體增多，影響VRLA蓄電池內(nèi)部氧再化合效率，而且使板柵腐蝕速度增加，從而損壞電池。[2]
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