铅酸电池调研报告

1.蓄电池的充放电控制策略

1.1蓄电池的充放电曲线

通常，铅酸蓄电池在一定电流和温度下进行充电和放电时，都是用曲线来表示电池的端电压，以及电解液的浓度和温度随时间的变化。这些曲线成为电池的特性曲线。特性曲线因电池极板种类不同而有差异，在出厂说明书中，厂家均会给出产品充放电曲线。

1.1.1放电曲线

放电之前活性物质微孔中的流酸浓度与极板外主体溶液浓度相同，电池的开路电压与此浓度对应。放电一开始，活性物质表面处（包括孔内表面）的硫酸被消耗，酸浓度立即下降，而硫酸由主体溶液向电极表面的扩散是缓慢的过程，不能立即补偿所消耗的硫酸，故活性物质表面处的硫酸浓度继续下降，而决定电极电势数值的正是活性物质表面处的硫酸浓度，结果导致电池端电压明显下降，见图1-1曲线OE段。

图1.1 铅酸蓄电池充放电池电压变化

随着活性物质表面处硫酸浓度的继续下降，与主体溶液之间的浓度差加大，促进了硫酸向电极表面的扩散过程，于是活性物质表面与微孔内的硫酸得到补充。在一定的电流放电时，在某一段时间内，单位时间消耗的硫酸量大部分可由扩散的硫酸予以补充，所以活性物质表面处的硫酸浓度变化缓慢，电池端电压比较稳定。但是由于硫酸被消耗，整体的硫酸浓度下降，又由于放电过程中活性物质的消耗，其作用面积不断减少，真实电流密度不断增加，超电势也不断加大，故放电电压随着时间还是缓慢的下降，见曲线EFG段。

随着放电继续进行，正负极活性物质逐渐转变为硫酸铅，并向活性物质逐渐转变为硫酸铅，并向活性物质深处扩展。硫酸铅的生成使活性物质的空隙率降低，加剧了硫酸向微孔内部扩散的困难，硫酸铅的导电性不良，电池内阻增加，这些原因最后导致在放电曲线的G 点后，电池端电压急剧下降，达到所规定的放电终止电压。

一般在高倍率、低温条件下放电时，放电终止电压规定得低一些。

（1）铅酸蓄电池放电速率与终止电压关系表：（环境温度：25℃）

1.1.2充电曲线

在充电开始时，由于硫酸铅转化为PbO2和Pb，有H2SO4生成，因此活性物质表面H2SO4浓度迅速增大，电池端电压沿着OA急剧上升，见图1.1。当达到A点后，由于扩散，活性物质表面及微孔内的硫酸浓度不再急剧上升，端电压的上升较为缓慢（ABC）,这样活性物质逐渐从硫酸铅转化为二氧化铅和铅，活性物质的空隙也逐渐扩大，空隙率增加。随着充电的进行，逐渐接近电化学反应的终点，即充电曲线的C点。当极板上所存硫酸铅不多，通过硫酸铅的溶解提供电化学氧化和还原所需的Pb2+极度缺乏时，反应的极化增加，在正极上的副反应，即析氧过程大约在输入电量70%时优先发生，充电曲线上端电压明显增加，当充入电量达90%以后，负极上的副反应，即析氢过程发生，这时电池的端电压达到D点，两极上大量析出气体，进行水的电解过程，端电压又达到新的稳定值。

1.2运行方式

根据使用要求所需电压和电流，可将同型号蓄电池串联、并联或串并联组成蓄电池组。蓄电池组一般有3种方式运行：充放电制（或称循环使用），定期浮充制和连续浮充制。

1.2.1充放电制（循环制）

充放电制多用于移动型，小容量便携式蓄电池；如蓄电池车用等；或用于装有两组相同型号的固定型蓄电池组：一组使用，一组备用；这样使用，因为电池经常进行全充电和全放电，电池的寿命较短。

1.2.2连续浮充制

连续浮充制也叫全浮充制。这种运行制度是将蓄电池组和整流器设备并接在负载回路上。平时用电设备所需电流全部由整流设备供给。蓄电池保持少量的充电电流，并在负载上只起平滑作用。当市电停电或整流设备出故障时，才启用蓄电池对负荷供电。

1.2.3定期浮充制（涓流充电）

定期浮充制也叫半浮充制，是一种定期将直流电源设备（如整流器）和蓄电池并联供电的工作方式。部分时间由蓄电池供电，部分时间由整流设备供电，并补充蓄电池组已放出的容量及自放电损失的容量。

1.3蓄电池的充电

充电是蓄电池日常维护管理的重要工作，传统的充电方式可分为恒流充电或恒压充电及其变形。

1.3.1恒流充电

充电时自始至终以恒定不变的电流进行充电。

恒流充电方式的不足是，开始充电阶段电流过小，在充电后期充电电流又过大，能耗高，

充电效率低。免维护的电池不宜使用此方法。

1.3.2恒压充电

此法是每只单体电池均以某恒定电压进行充电。因此，充电初期电流相当大，随着充电进行，电流逐渐减小，在充电末期只有很小的电流通过，这样在充电过程中就不必调整电流。其缺点是：

（1）在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大；

（2）若充电电压选的过低，后期充电电流又过小，充电时间过长；

（3）蓄电池端电压很难补偿，充电过程中对落后电池的完全充电也很难完成。

恒压充电一般应用在电池组电压较低的场合。

1.3.3恒压恒流充电

为了补救恒压充电的缺点，广泛采用恒压限流的方法。在充电初期先以0.4CA以下的小电流充电，当电池电压升至一定时，才开始恒压充电。

1.3.4 三段式充电

第一阶段：回充电池的90%以上容量

首先限流充电，充电电流规格依客户需求，以所使用电池的0.07C~0.15C进行充电，当电池电压达到14.05V/6cell后，进入第二阶段。

第二阶段：会充电池的90%~100%的10%容量及均化串联电池容量

保证串联电池组的每一个电池都充饱。

每一周期为：高电压（14.05V~14.7V/ 6 cell），充电1min后，再以低电压（13.5V±0.1V/ 6 cell）充电1min，进行360个周期循环后进入第三阶段。

第三阶段：维持电池90%以上容量

恒定电压（13.5±0.1V/6 cell ）维持电池容量，电池在13.5V/6cell 浮充8星期后容量仍维持99%以上。

1.3.5快速充电

两阶段电压充电，先以变化的充电电压充电，此时充电电流较大，当检测到充电电流低于一定值时，以恒定的电压充电。这种充电方法可以防止过充。

1.3.6智能充电

智能充电就是动态跟踪电池可接受的充电电流，应用dt dU /技术。充电系统由充电电机和被充电电池组成二元闭环回路，充电机根据电池的状态确定充电工艺参数，充电电流从始至终处在电池的可接受充电电流曲线附近，使电池几乎在无气体析出的条件下充电，做到既节约用电又对电池无损伤。

对于铅酸蓄电池，在充电后期dt dU /很小。愈是充电完全，dt dU /就愈小，只要确定了dt dU /值，充电的深度就基本确定。这样来判断终止充电的条件是比较科学的。

2.防止充电过程出现热失控

为了杜绝热失控的发生，要采用相应的措施。

（1） 充电设备应有温度补偿功能或能限流；

（2） 严格控制安全阀的质量，不可失灵，以使电池内部气体正常排出；

（3） 蓄电池要设置在通风良好的位置，排列不可过于紧密，单体电池间间距为5~10mm 为佳；

3.松下铅酸蓄电池的充电特性

松下蓄电池恒压充电的特性曲线：