【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)中科研和實(shí)際應(yīng)用的熱門之一。采用用小電流充電、慢速充電的方式是主要的傳統(tǒng)充電方法，將完全放完電的電池充至完全滿電的狀態(tài)需要20多小時(shí)的充電時(shí)間。將小電流充電與快充相結(jié)合可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，這是我所設(shè)計(jì)的充電器使用的充電理論。 蓄電池早期充電方法 在蓄電池使用之初，大都采用傳統(tǒng)的充電方法。充電方法主要有分階段充電、恒電流充電、恒電壓充電等充電方式。這些充電方法有很多優(yōu)點(diǎn)，比如使用傳統(tǒng)充電方法的充電功率一般比較小，充電控制電路比較簡(jiǎn)單。1940年前國(guó)際上公認(rèn)的蓄電池充電經(jīng)驗(yàn)法則成為傳統(tǒng)充電方法的依據(jù)。“安培小時(shí)規(guī)則”是這些法則里最為著名的。其內(nèi)容為：蓄電池充電電流的安培數(shù)值，應(yīng)該小于蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。但是實(shí)際上，蓄電池在充電時(shí)的溫升和氣體的產(chǎn)生制約了常規(guī)充電的速度。這對(duì)研究蓄電池所需要的的最少充電時(shí)間具有十分重要的意義。 恒流充電：用一個(gè)電流源對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，充電電流在一個(gè)充電過程的某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)保持不變。 在恒流充電中，單階段恒流充電、分階段恒流充電是恒流充電里兩種常見的方式。 單一恒流充電方式 分階段恒流充電方式 ，這兩種方式的不同在于：?jiǎn)我缓懔鞒潆姺绞胶愣娏髟O(shè)定的值比較小，這是為了防止充電后期充電電流過大，防止對(duì)電池造成損壞，所以所需要的充電時(shí)間一般較長(zhǎng)，充電電流一直保持恒定，直到充電完成。而另一種充電方式的充電電流在一次充電過程里是變化的，在其中有很多的恒流段，電流的變化成階梯式。 恒壓充電是保持蓄電池端電壓恒定充電的充電方法，該方式充電電壓、對(duì)于鉛酸蓄電池來說，～。在充電開始時(shí)候，電流很大。隨著充電過程的繼續(xù)進(jìn)行，電解液密度逐漸上升、蓄電池電動(dòng)勢(shì)增大，所以到了充電的末期，恒壓充電時(shí)的電流比較小。 恒壓充電中電壓、電流大小的變化曲線優(yōu)點(diǎn)：恒壓充電因?yàn)殡娐泛?jiǎn)單所以容易實(shí)現(xiàn)，而且方便控制。缺點(diǎn)：（1）等效的串聯(lián)電池內(nèi)阻一般很小，而在充電開始時(shí)候電流很大，可能會(huì)引起電池上的活性物質(zhì)脫落，造成蓄電池溫度過高，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起電池極板彎曲，使電池?fù)p壞。 （2）把恒壓值的大小減小，雖然可以減小充電開始時(shí)的電流，但是會(huì)造成延長(zhǎng)充電時(shí)間、充電不足，嚴(yán)重地同樣會(huì)縮短蓄電池的使用壽命?？偨Y(jié)：恒壓充電一般用在小容量、低電壓的電池充電。兩階段充電法，也就是常說的恒流限壓充電方法，即在蓄電池充電第一階段采用電流恒定的充電方法，從而限制了充電開始時(shí)候的電流大小，在第二階段，電池電壓上升到某一數(shù)值后變?yōu)楹愣ㄖ?，也就是恒壓充電，在此之后，流?jīng)蓄電池的電流逐漸減小，最終充電完成，、電流變化曲線示意圖 兩階段充電法電流、電壓曲線 蓄電池的快速充電理論 美國(guó)科學(xué)家麥斯在20世紀(jì)60年代對(duì)蓄電池的充電過程中出現(xiàn)的的析氣問題作了大量的分析研究工作后，得到了一個(gè)重要成果——鉛酸蓄電池可以承受的以最低出氣率為標(biāo)準(zhǔn)的充電電流曲線，如下圖所示： 標(biāo)準(zhǔn)充電電流曲線他的研究實(shí)驗(yàn)表明，如果鉛酸蓄電池的充電電流的大小的變化規(guī)律同這條曲線吻合，那么就可以達(dá)到快速充電的目的，減小充電時(shí)間，蓄電池的容量和蓄電池的使用時(shí)間也沒有受到影響。這條曲線就是蓄電池最佳充電曲線，這項(xiàng)研究成果確定了鉛酸蓄電池的快速充電理論研究的方向，具有十分重要的意義。 . 由上圖可以看出：在充電開始時(shí)候，電流很大，但是很快的就減小了。主要是因?yàn)樵谛铍姵爻潆姷倪^程中其內(nèi)部出現(xiàn)的極化現(xiàn)象。這里說的極化現(xiàn)象，指的是在密封式鉛酸蓄電池充電的時(shí)候，內(nèi)部產(chǎn)生了氣體——?dú)錃夂脱鯕?，產(chǎn)生的氧氣在正極板（氧氣是在正極板上由于電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的）上開始堆積，前面已經(jīng)提到，這會(huì)造成電池溫度升高，內(nèi)阻上升，相當(dāng)于使正極板減小了面積。這種極化現(xiàn)象使得電流因?yàn)閮?nèi)阻的增加而迅速減小。 蓄電池充電過程和放電過程是可逆的，在有些理論中，是這樣解釋極化現(xiàn)象的出現(xiàn)的：只有盡量使通過蓄電池的電流小一些，才能使電池能在這種熱力學(xué)平衡狀態(tài)（充電和放電的可逆反應(yīng)）之下保持充電狀態(tài)。當(dāng)充電電壓跟蓄電池本身的電壓相等時(shí)是實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)的最理想的條件。但是，實(shí)踐表明，充電電池的電壓，必須增加到一定值時(shí)（這個(gè)值由于電極材料，溶液濃度等各種因素的差異在不同程度上大于電池電動(dòng)勢(shì)平衡值）才能進(jìn)行充電。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，電動(dòng)勢(shì)比熱力學(xué)平衡值大的現(xiàn)象，是極化現(xiàn)象。而極化現(xiàn)象隨著越來越大的充電電流而變得嚴(yán)重。要想實(shí)現(xiàn)快速充電，必須消除充電過程中電池的極化現(xiàn)象。第一，快速充電要保證負(fù)極的吸收能力，保證能基本吸收正極上產(chǎn)生的氧氣，不會(huì)有多余的氧氣析出，使得析氣率控制一個(gè)很小的數(shù)值范圍內(nèi)，這樣能很好的消除極化現(xiàn)象，第二，快速充電必須要保證盡量加快電池的化學(xué)反應(yīng)速度也就是能夠提高充電電流，提高充電速率，減少充電時(shí)間。針對(duì)傳統(tǒng)充電方法安全性能不好、充電速率慢，對(duì)電池?fù)p壞大等缺點(diǎn)，在經(jīng)過多年研究后，許多科學(xué)家陸續(xù)提出了一些其它的快速充電方法，如脈沖式充電法、分級(jí)定流充電法以及變電流間歇充電法等。這些方法都得到了實(shí)際生產(chǎn)的檢驗(yàn)，在這些方法中，使用最為廣泛和成熟的是分級(jí)定流充電法。 分級(jí)定流充電法類似于我們常說的多階段恒電流充電方法，它綜合了恒流充電和恒壓充電兩種充電方法的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)充電開始后，電流比較大，充電時(shí)間快，經(jīng)過一段時(shí)間后電壓上升到某一數(shù)值后，改用較小的電流，充電最后變?yōu)楦〉碾娏?。最具代表性的就是三?jí)充電法。 分級(jí)定流充電法一級(jí)恒流是給蓄電池一恒定電流充電，二級(jí)恒壓階段是以恒定電壓給蓄電池充電，三級(jí)恒流是給蓄電池一小恒定電流充電。整個(gè)給蓄電池充電的過程中電流的大小從一級(jí)的大電流變?yōu)槿?jí)階段的小電流。恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)和恒流充電的優(yōu)點(diǎn)被分階段充電方式融合在一起，這種充電方法首先有效的避開了恒電壓充電方式在充電開始時(shí)候電流對(duì)電池造成的瞬間沖擊破壞，其次，可以使大電流的恒流充電方式可能帶來的過充電現(xiàn)象得到有效的避免，在前兩個(gè)階段充電完成后，最后一級(jí)的充電可以給蓄電池盡可能多的充電，并且對(duì)電池不造成損害，最后，這種充電方式比較好地模遵循了蓄電池的最佳充電曲線，得到了比較好的實(shí)際應(yīng)用的效果 脈沖式充電法 優(yōu)點(diǎn)：（1）尊重鉛酸蓄電池自身的充電接受速率水平； （2）能夠提高鉛酸蓄電池充電接受率，不受蓄電池的指數(shù)充電接受曲線的影響和限制。 脈沖式充電法脈沖充電方式的充電原理是：接入電路后，用脈沖電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，充電一段時(shí)間后，停止給電池充電，然后再用脈沖電流充電，再停止，如此循環(huán)。通過間斷性的充電，蓄電池充滿電量，而在停止充電的時(shí)候，蓄電池因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)放出的氧氣和氫氣能夠有充足的時(shí)間被吸收化合成水，使歐姆的極化和濃差的極化也能順利的消失，進(jìn)而減小了蓄電池的內(nèi)部壓力，保證恒流充電在下一輪中能夠更加順利地完成，使蓄電池得到更多的電能。間歇脈沖充電方法使蓄電池有了較為充足的反應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)使析氣量大大的減少，鉛酸蓄電池的充電電流接受率也得到明顯的改善。 變電壓間歇充電法 由于是恒壓充電，所以充電電流的變化是按照指數(shù)規(guī)律進(jìn)行下降的，而且也滿足蓄電池的電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。其電壓、電流變化曲線如下圖所示： 變電壓間歇充電法 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法 根據(jù)以上的Reflex快速充電法、綜合脈沖充電法及變電流間歇充電法等的優(yōu)點(diǎn)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法進(jìn)行了總括，并實(shí)現(xiàn)了發(fā)展應(yīng)用。脈沖充電法充電法的控制方式一般有兩種：1）PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）設(shè)定的信號(hào)頻率是固定的，而可以通過改變脈沖電流的幅值進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；2）脈沖電流的幅值固定不變，而通過調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的頻率進(jìn)行控制。 而變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法采用了一種跟這兩者不同的控制方式，脈沖電流幅值與PWM信號(hào)的頻率都是不變化的，而是通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上再加上間歇充電的階段，使得蓄電池能夠在一定的時(shí)間內(nèi)獲得更多的電量，蓄電池的充電接受能力得到了明顯的提高，相比其他的充電方式更為可靠和安全。但是由于其技術(shù)較為復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)，所以沒有得到廣泛的應(yīng)用。 、電流的變化曲線