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，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，電動(dòng)車的普及，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)：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個(gè)好的充電器對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，也就是充電過程和放電過程互為逆反應(yīng)。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下：

　　很顯然，可逆過程就是熱力學(xué)的平衡過程，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。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了蓄電池的平衡電動(dòng)勢值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢超過熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。一般來說，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程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。這個(gè)現(xiàn)象對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，美國科學(xué)家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗(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，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。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)是控制方法簡單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進(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，其充電過程更接近于最佳充電曲線。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統(tǒng)。

　　這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對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)一般都是對串聯(lián)得蓄電池組進(jìn)行充電，由于存在極化現(xiàn)象，長期對蓄電池進(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程的進(jìn)行而逐漸下降的，所以不宜進(jìn)行太長時(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，加上對最大電流進(jìn)行限流，最大程度上保證了充電過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，通過脈沖的激活使極板上的硫酸鹽化問題得到一定程度的緩解或解決。同時(shí)通過間歇小電流充電，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

　　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，而且還能對其進(jìn)行維護(hù)和激活，能有效的延長蓄電池的使用壽命。