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蓄电池快速充电的分类

日期: 2021-03-24
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       一般来说,除了慢速充电(常规充电)以外的快速充电、高速充电和瞬息充电统称为快速充电。随着蓄电池充电技术和电子技术的发展,人们探索了多种快速充电制度。按照有无放电去极化作用可以把快速充电制度分为两大类:没有放电去极化措施的一类快速充电,包括遵循α值曲线的快速充电制度和小于a值曲线的快速充电制度,有放电去极化措施的一类,一般称为脉冲充电放电去极化快速充电制度。

 

       1.遵循α值曲线的快速充电制度按照蓄电池充电接受率a值形成的充电特性曲线,是一条充电电流随着充电时137下降的指数曲线。要严格遵循指数曲线充电,将使充电线路非常复杂,设备的体积也很庞大,由于起始充电电流很大,设备容量也须很大,造成充电后期设备利用率很低。在实际应用中,多数设计成近似于α值曲线的快速充电制度和装置。

 

       (1) 恒定出气率法是利用气体检测元件对蓄电池析出气体的速率进行检测,进而对充电电流实施控制。可绘出充电电流随充电时间衰减的曲线。充电开始时,以大电流进行充电。

 

       当充电达到某一状态,蓄电池内部产生的气体达到一定值时,气体检测元件参数变化,对充电线路发出控制信号,再减小充电电流。

 

       这种方法要求各个蓄电池单格出气孔连通,以便有效地检测整个蓄电池内的气体发生量,气体检测元件安放在某一个单格电池的出气孔内。据国外资料说,这种方法一般可在半小时内完成完全充电。

 

       美国有一种气控充电器,其额定输出电流为105安(72伏)或20。安(48伏)。这种设备已由格罗普顿·帕金森(Grompton Parkinson)公司在市场上出售。

 

       (2) 电量控制法(如图2所示)。蓄电池能够接受的不产生气体的充电接受特性曲线为一指数曲线。这是一条出气率为零的理想曲线。曲线下面的面积,即电流曲线对时间的积分是所需要充进的电量。那么,蓄电池在任一充电状态下所能接受的充电电流值与所需要充进的电量成正比,这就形成了电量控制法的基础。

 

       设出气率等于零,则充电电流值‘与所需充进电量C之间的关系可以写成

 

       C(t)=C0e-at

 

       及 i(t)=C0e-at

 

       式中  C0——蓄电池额实际容量。

 

       上式就是电量控制法的基本方程式。如果出气率等于某一定值,则应在上式右边加一常数值。这种快速充电方法和恒定出气率法都是从蓄电池能够接受的电流值出发,以不同的控制参量进行控制的快速充电方法,但是电量控制法需要了解充电过程中不同的充电状态,这是比较困难的。

 

       (3) 恒定电压法是在确定并保持充电电压为某一恒定值的情况下,所进行的充电方法。此电压值应选取与蓄电池充电过程中出气点相应的电压值。例如,各种车用发电机对蓄电池的充电就属于一种定电压充电。在这种情况下,发电机电压应使蓄电沙每个单格的充电电压为2.25-2.35伏,以发电机对蓄电池充电时的出气率很低,使之能在蓄电池注液盖不打开的情况下完成充电。对于快速充电设备,则应考虑蓄电池在大电流充电时的内电阻压降及极化电动势。为此,可将控制电压选得比2.35伏略高。恒定电压快速充电,由于充电初期蓄电池电动势较低,充电电流很大,随着充电的进行,电流将逐渐减小  (图6)。为了减小充电装置的体积和成本,一般要限制初始大电流。恒定电压法是一种快速而简单的充电技术,它只需要简易的控制系统。

 

       但是,恒定电压法在充电时所控制的电压值,不仅包括蓄电池的电动势,而且还包括极柱、连接条、极板、隔板、电解掖、接触电阻以及极化现象引起的电压降。这些电压降对于不同结构型式的蓄电池和同一结构型式不同使用期限的蓄电池都是不相同的,这就会引起很大的误差,影响充电质量。为了避免蓄电池内电阻压降对于充电的影响,可采用无电阻恒压法充电。无电阻恒压法的控制电压选用无电阻压降的电压值,即无电阻电压的测定是在暂时中断充电电流并在其恢复之前很快地读出电压。因为电化学过程的速度较慢,所以这是可能的。无电阻恒压法的优点是能同样好地适应各种蓄电池的不同结构、使用年限和充电状态。充电电流有间断期间,这对于消除极化现象也是有利的。

 

       2.小于。值曲线的快速充电制度考虑到设备的成本和实际应用的要求,有些充电方法不采取遵循a值曲线的充电方法,而是降低充电接受率,使初始充电电流远小于蓄电池能够接受的充电电流,即采用小于蓄电池固有充电接受率的快速充电方法。与遵循a值曲线的充电方法相比,虽然延长了充电时间,却提高了充电设备的利用率。

 

       (1) 恒定电流法。是在充电过程中一直保持充电电流恒定的充电方法。为了实现快速充电,须采用较大的电流值进行充电,因此造成充电后期蓄电池大量出气。过量出气是不允许的,所以一般不采用这样的方法。

 

       (2) 阶段充电法。包括二阶段充电法和三阶段充电法。

 

       二阶段充电法一般是采用恒定电流和恒定电压相结合的快速充电方法(图了)。先以恒定电流充电至预定的电压值,然后改为定电压完成剩余的充电。一般两阶段的转换电压就是第二阶段的恒定电压。

 

 

       三阶段充电法是在充电开始和结束时采用定电流,中间用定电压充电(图8)。当电流衰减到预定值时,由第二阶段转换到第三阶腻这种方法可以将出气量减到少,但作为一种快速充电方法,还受到限制。

       3)温度控制法。是利用充电过程中蓄电池电解液的温度实施控制的一种方法。铅酸蓄电池在快速充电时所产生的热量与充电电流平方成正比例,随着充电的进行,蓄电池可逐渐被加热到高温程度。日本研究的温度控制法快速充电,是在温度达到蓄电池容许温度之前,采用大电流I0快速充电,以缩短充电时间。当温度达到预定控制温度T1时,改为小电流I1充电,使温度不致超过蓄电池容许值TM(图9)。

 

 

     这种充电方法同时注意解决的问题是,当充电量达80%以后产生气体量增加时,如继续采用大电流充电可能造成蓄电池损坏。

       图10示出这种控制方案的一种电路方块图。这种装置由充电主回路1,检测主回路充电状态的差动放大电路2以及控制元件3组成。交流电源5供给充电电流控制元件4电能,向蓄电池6充电。差动放大器的电流检测元件7(低电阻)与蓄电池6串联。电流检测元件通过电压给定元件8和固定电阻9接于运算放大器10的输入端,在运算放大器10的反馈电路11中接有温度检测元件12、气体控制元件14和固定电阻13。当充电过程中蓄电池温度尚未达到预定控制温度T:之前,温度检测元件12和固定电阻13的两个电阻值r12和r13的关系为r12<r13。达到温度T1后r12>r13,从而改变运算放大器的输出,使充电电流减小,起到了对充电电流的控制作用。当充电过程中出气率超过容许值时,气体控制元件14改变参数,控制充电电流。可见,这种方案具有温度和气体双重控制作用。

 

 

       3.脉冲充电放电去极化充电制度随着科学技术的发展和对于蓄电池充电接受能力研究的进展,提出了脉冲充电放电去极化的充电制度。据国外报导,这种充电制度不仅遵循蓄电池固有的充电接受率,而且能提高蓄电池充电接受率,从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制。这是蓄电池充电理论的新发展。

 

       脉冲充电放电去极化充电制度在充电过程中有短暂的间隙放电,其目的是去极化,这是一种新型的充电制度。一般按脉冲充电电流和去极化放电电流的控制方法分类,可分为定电压、定电流、定周期、定出气率等若千类。

 

       (1) 定电流定周期脉冲充电放电去极化快速充电法的特点是,以恒定电流和恒定周期的脉冲充电电流对蓄电池充电。

       二个充电脉冲之间有一放电脉冲进行去极化,以提高蓄电池的充电接受能力。在整个充电过程中,充电电流及其脉宽不受蓄电池充电状态的影响。因此,它是一种开环式脉冲充电。这种充电方法易使蓄电池充满容量,但如果不增加防止过充电的保护装置,容易造成强烈的过充电,影响蓄电池使用寿命。在这种充电方法中,虽然整个充电过程均加有去极化措施,但是这种固定的去极化措施参数,难子适合充电全过程的要求。

       日本“丰田中研所”和美军都采用这种充电制度的快速充电器,并将产品用于军队。我国也有多种方案可以实现这种快速充电制度。

       (2) 定电流定出气率脉冲充电放电去极化快速充电法的特点是,将脉冲充电电流的幅值保持恒定进行充电,当达到一定出气率时,停止充电,进行放电去极化,使充电过程中的出气率保持在预定值。国外有这样的线路方案。国内因缺少气体敏感元件,对这种方法很少研究。

 

       (3) 定电流定电压脉冲充电放电去极化快速充电法的特点是,以恒定大电流充电,待充到一定电压(相应于蓄电池出气点的电压)时,停止充电并进行大电流(或小电流)放电去极化,然后再以恒定大电流充电,依此,充放电过程交替地进行。放电脉冲的频率随充入电量的增加而增加,充电脉冲的宽度随充入电量的增加而减小。当充电量和放电量基本相等时,表示蓄电池已充满,立即结束充电。

 

       根据这样的方案,国内外都有多种线路来实现蓄电池快速充电。这种方案,充电初期无去极化措施。在加有去极化措施后充电电流不断减小,使得充电电流平均值下降较快,延长了充电时间。

 

       (4) 定电流提升电压脉冲充电放电去极化快速充电方法是,定电流定电压脉冲充电放电去极化快速充电方法的改进。

 

       它是先以恒定电流(如1C安)充电,当蓄电池电压达到充电出气点电压(单格电池电压2.56-2.6伏)时,停止充电并进行放电  (如放电电流2~3C安,脉冲宽度1毫秒),然后再充电……。从加有放电去极化脉冲以后,用积分器件阶梯形跟踪调高充电控制电压(提升出气点电压),以加快充电速度和提高充满程度。其它和定电流定电压法相同。

 

       (5) 定电压定频率脉冲充电放电去极化快速充电法的特点是,充电脉冲的电压幅值保持恒定,随着充电过程的进行,蓄电池电动势逐渐上升,充电电流幅值逐渐减小,充电脉冲电流的频率恒定,在两个充电脉冲之间加有放电去极化脉冲。

 

       (6) 端电压和充放电频率选择脉冲充电放电去极化法的特点是,根据蓄电池充电过程中的极化情况选择充放电脉冲的频率,并在充电后期将蓄电池端电压限定在预选的数值,使出气率限制在一定的容许值。

 

       (7)适应全过程去极化脉冲充电放电去极化快速充电法的特点是,在充电全过程都适时加有去极化的放电脉冲。

 

 

       注:我国蓄电池快速充电尚处在研究、研制和试用阶段,充电制度(包括参数选择)种类繁多,性能也有差异。根据我们掌握的材料,我国近几年快速充电可以达乳以下指标:

 

       1.快速性较好蓄电池的补充充电1-1.5小时(常规充电6-8小时),较好茜电池的维护充电2-3小时(常规充电15-20小时)。

 

       2.出气盈与出气率与常规充电相比,总出气量可大大降低,但瞬时出气率较大。

 

       3.温升和充电电流大小有密切关系。总的来看,快速充电与常规充电相比,温升要高。

 

       4.寿命有的单位用3-Q -98W型蓄电池进行寿命试验,寿命循1$3A340次左右,超过IB1058-67对铅酸蓄电池寿命检验合格标准(220280次)。但比常规充电法实际达到的寿命循环(460次左右〕约低30%。

 

       电脉冲后充电电流恢复之前,均进行去极化效果检测,达到一定去极化效果再转回充电,否则再次进行去极化放电,直至达到去极化要求的效果才转回充电。这样,可使去极化措施适应充电全过程。这种方案能有效地将气体析出量抑制在很小的数值。

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