蓄電池的充電技術(shù)

1、蓄電池充電技術(shù)研究 浙江大學(xué)電力電子技術(shù)國家專業(yè)實驗室趙異波 何湘寧（杭州310027） 株洲科信電力電子制造有限公司丁勁松（株洲412000）1引言 蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動方便等優(yōu)點，它廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站、通信系統(tǒng)、電動汽車、航空航天等各個部門。蓄電池主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池三類。普通鉛酸蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護復(fù)雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被閥控式密封鉛酸蓄電池所淘汰。閥控式密封鉛酸蓄電池整體采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現(xiàn)象，使用安全可靠、壽命長，正常運行時無須對

2、電解液進行檢測和調(diào)酸加水，又稱為免維護蓄電池。它已被廣泛地應(yīng)用到郵電通信、船舶交通、應(yīng)急照明等許多領(lǐng)域。堿性鎘鎳蓄電池的特點是體積小、放電倍率高、運行維護簡單、壽命長，但由于它單體電壓低、易漏電、造價高且容易對環(huán)境造成污染，因而其使用受到限制，目前主要應(yīng)用在電動工具及各種便攜式電子裝置上。 普通鉛酸蓄電池主要由極板組、電解液和電池槽等部分組成。正、負極板都由板柵和活性物質(zhì)構(gòu)成，其中正極板上的活性物質(zhì)是棕色的二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質(zhì)為深灰色的海綿狀純鉛(Pb)。電解液是用蒸餾水（H2O）和純硫酸（H2SO4）按一定的比例配成的。在充電過程中，電解液與正、負極板上的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)

3、反應(yīng)，從而把電能變成化學(xué)能貯存起來；在放電過程中，電解液也與正、負極板上的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，把貯存在蓄電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能供給負載。為了使化學(xué)反應(yīng)能正常進行，電解液必須具有一定的濃度。電池槽是極板組和電解液的容器，它必須具有較好的耐酸性能、絕緣性能和較高的機械強度。 在蓄電池正、負極板之間接入負載，便開始了蓄電池的放電過程。此時，正極板電位下降，負極板電位上升，正負極板上的活性物質(zhì)(PbO2和Pb)都不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U(PbSO4)，電解液中的硫酸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，電解液比重逐漸下降，從而使蓄電池內(nèi)阻增加、電動勢降低。如果在蓄電池的正、負極板之間接入輸出電壓比蓄電池端電壓高的直流電源，蓄電

4、池的充電過程便開始了。此時，正極板電位因正電荷聚集而上升，負極板電位因負電荷聚集而下降，正極板上的PbSO4逐漸變?yōu)镻bO2，負極板上的PbSO4逐漸變?yōu)楹＞d狀Pb。同時，電解液中H2SO4合成逐漸增多，水分子逐漸減少，電解液比重逐漸增加，蓄電池端電壓也不斷提高。 2蓄電池快速充電技術(shù) 常規(guī)充電的方法采用小電流慢充方式，對新的鉛酸蓄電池初充電需70h以上，進行普通充電也需10h以上。充電時間太長，不但會拉長充電監(jiān)測的時間、造成電能的浪費，還限制了蓄電池的循環(huán)利用次數(shù)，并增加維護工作量。此外，對于像電動汽車等要求蓄電池連續(xù)供電的場合，使用起來很不方便。而采用快速充電方法，可以縮短蓄電池的充電時間

5、，提高充電效率，節(jié)約能源，并更好地滿足工業(yè)應(yīng)用的需要，具有重大的現(xiàn)實意義。 圖1蓄電池可接受的充電電流曲線 圖2脈沖快速充電曲線 圖3高頻開關(guān)充電電源方框圖 20世紀(jì)60年代中期，美國科學(xué)家馬斯對蓄電池充電過程中的出氣問題作了大量的試驗研究工作，提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線，如圖1所示1。從圖中可以看出，在充電過程中，只要充電電流不超過蓄電池可接受的電流，蓄電池內(nèi)部就不會產(chǎn)生大量的氣泡。而常規(guī)充電一般采用先恒流、后恒壓的兩階段充電法，在充電過程初期，充電電流遠遠小于蓄電池可接受的充電電流，因而充電時間大大延長；充電過程后期，充電電流又大于蓄電池可接受電流，因而蓄電池內(nèi)產(chǎn)

6、生大量的氣泡。但是，如果在整個充電過程中能使實際充電電流始終等于或接近于蓄電池可接受的充電電流，則充電速度就可大大加快，而且出氣率也可控制在很低的范圍內(nèi)。這就是快速充電的基本理論依據(jù)。然而，在充電過程中，蓄電池中產(chǎn)生的極化電壓會阻礙其本身的充電，并且使出氣率和溫升顯著升高，因此，極化電壓是影響充電速度的重要因素。由此可知，要想實現(xiàn)快速充電，必須設(shè)法消除極化電壓對蓄電池充電的影響。從極化電壓的形成機理可以推知，極化電壓的大小是緊隨充電電流的變化而改變的。當(dāng)停止充電時，電阻極化消失，濃差極化和電化學(xué)極化亦逐漸減弱；而如果為蓄電池提供一條放電通道讓其反向放電，則濃差極化和電化學(xué)極化將迅速消失，同時蓄

7、電池內(nèi)溫度也因放電而降低。因此，在蓄電池充電過程中，適時地暫停充電，并且適當(dāng)?shù)丶尤敕烹娒}沖，就可迅速而有效地消除各種極化電壓，從而提高充電速度。目前，大家比較認(rèn)同的快速充電方法是脈沖充電、脈沖放電去極化方法。圖2為脈沖充電、脈沖放電去極化快速充電的波形圖。研究表明，利用如圖3所示開關(guān)充電電源可有效地實現(xiàn)蓄電池脈沖快速充電。 3充電控制方法 充電控制主要包括主充、均充、浮充三階段的自動轉(zhuǎn)換，從放電狀態(tài)到充電狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，充電程序判斷及停充控制等方面。掌握正確的控制方法，有利于提高蓄電池充電效率和使用壽命。 3.1主充、均充、浮充各階段的自動轉(zhuǎn)換 目前，國內(nèi)大部分充電電源仍采用主充、均充、浮充三

8、階段充電法實現(xiàn)對蓄電池的充電。充電各階段的自動轉(zhuǎn)換方法有： （1）時間控制，即預(yù)先設(shè)定各階段充電時間，由時間繼電器或CPU控制轉(zhuǎn)換時刻； （2）設(shè)定轉(zhuǎn)換點的充電電流或蓄電池端電壓值，當(dāng)實際電流或電壓值達到設(shè)定值時，即自動轉(zhuǎn)換； （3）采用積分電路在線監(jiān)測蓄電池的容量，當(dāng)容量達到一定值時，則發(fā)信號改變充電電流的大小。 上述方法中，時間控制比較簡單，但這種方法缺乏來自蓄電池的實時信息，控制比較粗略；容量監(jiān)控方法控制電路比較復(fù)雜，但控制精度較高。 3.2充電程度判斷 在對蓄電池進行充電時，必須隨時判斷蓄電池的充電程度，以便控制充電電流的大小。判斷充電程度的主要方法有： （1）觀察蓄電池去極化后的端電

9、壓變化。一般來說，在充電初始階段，電池端電壓的變化率很?。辉诔潆姷闹虚g階段，電池端電壓的變化率很大；在充電末期，端電壓的變化率極小2。因此，通過觀測單位時間內(nèi)端電壓的變化情況，就可判斷蓄電池所處的充電階段； （2）檢測蓄電池的實際容量值，并與其額定容量值進行比較，即可判斷其充電程度； （3）檢測蓄電池端電壓判斷。當(dāng)蓄電池端電壓與其額定值相差較大時，說明處于充電初期；當(dāng)兩者差值很小時，說明已接近充滿。 3.3停充控制 當(dāng)蓄電池充足電后，必須適時地切斷充電電流，否則蓄電池將出現(xiàn)大量出氣、失水和溫升等過充反應(yīng)，直接危及蓄電池的使用壽命。因此，必須隨時監(jiān)測蓄電池的充電狀況，保證電池充足電而又不過充電。

10、主要的停充控制方法有： （1）定時控制采用恒流充電法時，電池所需充電時間可根據(jù)電池容量和充電電流的大小很容易地確定，因此只要預(yù)先設(shè)定好充電時間，一旦時間一到，定時器即可發(fā)出信號停充或降為涓流充電。定時器可由時間繼電器充當(dāng)，或者由單片機承擔(dān)其功能。這種方法簡單，但充電時間不能根據(jù)電池充電前狀態(tài)而自動調(diào)整，因此實際充電時，可能會出現(xiàn)有時欠充、有時過充的現(xiàn)象； （2）電池溫度控制對CdNi電池而言，正常充電時，蓄電池的溫度變化并不明顯，但是，當(dāng)電池過充時，其內(nèi)部氣體壓力將迅速增大，負極板上氧化反應(yīng)使內(nèi)部發(fā)熱，溫度迅速上升（每分鐘可升高幾個攝氏度）。因此，觀察電池溫度的變化，即可判斷電池是否已經(jīng)充滿。

11、通常采用兩只熱敏電阻分別檢測電池溫度和環(huán)境溫度，當(dāng)兩者溫差達到一定值時，即發(fā)出停充信號。由于熱敏電阻動態(tài)響應(yīng)速度較慢，故不能及時準(zhǔn)確地檢測到電池的滿充狀態(tài)； （3）電池端電壓負增量控制一般而言，當(dāng)電池充足電后，其端電壓將呈現(xiàn)下降趨勢，據(jù)此可將電池電壓出現(xiàn)負增長的時刻作為停充時刻。與溫度控制法相比，這種方法響應(yīng)速度快，此外，電壓的負增量與電壓的絕對值無關(guān)，因此這種停充控制方法可適應(yīng)具有不同單格電池數(shù)的蓄電池組充電。此方法的缺點是一般的檢測器靈敏度和可靠性不高，同時，當(dāng)環(huán)境溫度較高時，電池充足電后電壓的減小并不明顯，因而難以控制； （4）利用極化電壓控制通常情況下，蓄電池的極化電壓出現(xiàn)在電池剛好充

12、滿后，一般在50mV100mV數(shù)量級，采用有關(guān)專利技術(shù)3來測量每個單格電池的極化電壓，這樣就使每個電池都可充電到它本身所要求的程度。研究表明，由于每個電池在幾何結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及電學(xué)特性等方面至少存在一些輕微的差別，那么根據(jù)每個單格電池的特性來確定它所要求的充電水平會比把蓄電池組作為一個整體來控制的方法更加合適一些。這種方法的優(yōu)點表現(xiàn)在： 不需溫度補償； 電池不需連續(xù)浮充電，電池間連線腐蝕減少； 不同型號和使用情況的電池可構(gòu)成一組使用； 可以隨意添加電池以便擴容； 每個電池都可用到不能再用，而其壽命不會縮短。 4結(jié)論 蓄電池充電技術(shù)的改進，有利于縮短充電時間、提高利用效率、延長使用壽命、降低能耗

13、、減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。根據(jù)蓄電池可接受充電電流曲線，只要采用適當(dāng)方法對電池實行去極化，實現(xiàn)蓄電池的快速充電是可能的。研究表明，脈沖充電、脈沖放電去極化充電法是一種較好的快速充電方法，而實現(xiàn)這一方法的最佳裝置是高頻開關(guān)充電電源。蓄電池的充電控制包括各個充電階段的自動轉(zhuǎn)換、充電程度判斷以及停充控制等三個方面。蓄電池充放電的時間、速度、程度等都會對蓄電池的充電效率和使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此在對蓄電池進行充放電時，必須把握以下原則： （1）避免蓄電池充電過量或充電不足過充會使 蓄電池內(nèi)部溫升過大、出氣率上升，導(dǎo)致正極板損壞，從而影響電池的穩(wěn)定性乃至壽命；欠充電會使負極板硫化，

14、蓄電池內(nèi)阻增大，容量降低。因此一定要掌握好蓄電池的充電程度； （2）控制放電電流值即放電速度蓄電池放電電 流越大，再充電時可接受的初始充電電流值也越大，有助于提高再充電的速度。但是，蓄電池放電電流流經(jīng)內(nèi)阻時產(chǎn)生的熱量會引起溫度上升，因而放電電流不宜過大； （3）避免深度放電根據(jù)蓄電池充電電流接受比 第一定律1，對于任意給定的放電電流來說，蓄電池充電電流接受比與它已放出的電荷量的平方根成反比，因此放電深度越大，蓄電池放出的電量越多，蓄電池可接受的充電電流就越小，這將減慢蓄電池的充電速度； （4）注意環(huán)境溫度的影響蓄電池的放電電量隨 環(huán)境溫度的降低而減小，因此在不同的環(huán)境溫度下，應(yīng)該掌握不同的放電

15、速度和放電程度。帶定時三段式鉛酸電池充電器的特點是什么?（電動車用）2006年10月30日 星期一 20:11普通三段式充電（以36V10Ah蓄電池為例），開始以1.8A左右的電流恒流充電至43.2V（每個電池14.4/只），進入恒壓充電，電流逐步減小，電壓逐漸上升到44.144.5V，當(dāng)電流降至0.350.40A時轉(zhuǎn)換到浮充充電，電壓41.442V恒壓充電直到取下充電器（或切斷充電供電電源），充電時間多數(shù)在812小時。充電容量為上次放電容量的104110%，實驗表明12V鉛酸蓄電池電壓從14.0V左右開始有微量氣體析出，至14.4V氣體析出速度加快，至14.8V有較多的氣體析出，主要析出氣體

16、是在14.8V以后（14.4V充電上升到14.8V時間約在30mm左右），有效控制好高電壓區(qū)的時間即可以有效控制氣體的析出從而減少失水量，減少發(fā)熱、變形等故障。 由于蓄電池在充放電過程中，蓄電池內(nèi)的電解液逐漸減少，氧循環(huán)復(fù)合電流加大，以及正極部分元素沉淀到負極降低了氣體析出過電位，并且會受到蓄電池溫度增高的影響，使充電的末期電流逐漸加大，有部分蓄電池可能出現(xiàn)充電末期電流以超過0.350.4A（轉(zhuǎn)換電流），使充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段（不轉(zhuǎn)綠燈），一直以高電壓進行充電，造成大量過充電，析出大量氣體，加大失水量，使蓄電池發(fā)生“熱失控”，變形等故障，高溫時尤其嚴(yán)重。充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段（不轉(zhuǎn)綠燈），是普通

17、三段式充電器的最大缺陷，因此提出用高電壓限時充電來克服上述問題。高電壓限時充電，開始以1.8A左右的電流恒流充電至43.8V（每個電池14.4V左右），進入恒壓充電，電流逐步減小，電壓逐漸上升至44.144.5V，當(dāng)電流減小到1.2A時，開始計時，限制充電時間t(一般為3h左右)。到達設(shè)定時間t后強行轉(zhuǎn)換到浮充充電，同時當(dāng)電流降至0.35A0.40A時轉(zhuǎn)換到浮充充電，浮充電電壓41.442V恒壓充電直到取下充電器（或切斷充電供電電源）。高電壓限時充電限制時間t的確定方法：首先通過試驗，取容量略大的蓄電池，將蓄電池放電到10.5V/只，再用恒壓14.714.8V/只，限流1.8A的方法進行充電，

18、記錄充電電壓電流變化，測算出電流從1.2A降低到轉(zhuǎn)換電流（0.350.40A）的時間t1（一般在2.52.75小時），為保證充足電，所確定的時間t應(yīng)大于t1（取3小時為佳）。在正常情況下限時是不起作用的，只有當(dāng)蓄電池處于以下不良充電狀態(tài)下才起作用：A、高溫條件下，充電電流無法降低到轉(zhuǎn)換電流（0.350.40A）時，限時到限制時間t 時，強行轉(zhuǎn)換。B、蓄電池失水較多，蓄電池內(nèi)部氧復(fù)合電流過大，使充電電流無法降低到轉(zhuǎn)換電流（0.350.40A）時，限時到限制時間t時，強行轉(zhuǎn)換。C、由于充電器支行過程中數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，充電電壓增高，使充電電流無法降低到轉(zhuǎn)換電流（0.350.40A）時，限時到限制時間

19、t時，強行轉(zhuǎn)換。D、蓄電池內(nèi)部出現(xiàn)微短路等情況，使充電電流無法降低到轉(zhuǎn)換電流（0.350.40A）時，限時到限制時間t時，強行轉(zhuǎn)換。因此，該高電壓限時充電實際是在原有充電器的基礎(chǔ)上增加一道“保險”，會大大降低蓄電池異常失水和發(fā)熱變形，不會影響充電飽和程度?？沙潆婋姵睾统潆娖骰A(chǔ)知識2006年10月30日 星期一 20:09日益發(fā)達的便攜式電子產(chǎn)品對可充電電池的容量和循環(huán)壽命等性能要求越來越高. 目前常用的有四大類, 鎳鎘電池和鉛酸免維護電池這兩類在上世紀(jì)六十年代已經(jīng)普遍推廣, 鎳氫電池和鋰離子電池(含鋰聚合物電池)這兩大類是近十年才大量商業(yè)化使用. 這四大類電池各有所長, 下表給出了一個基本參

20、考, 不同電池生產(chǎn)廠家的具體數(shù)值可能有較大差別, 使用時咨詢生產(chǎn)廠家, 表中的數(shù)據(jù)僅供比較參考使用. 比較項目 鉛酸免維護電池(SLA) 鎳鎘電池(NICD) 鎳氫電池(NIMH) 鋰離子電池(LI-ION) 能量密度(Wh/kg) 304060100循環(huán)壽命(次)300 800 500 800工作溫度 (C)035045040050最大充電電流(A) 0.25C 2C 1C 1C充電方式恒流后恒壓 恒流恒流恒流后恒壓充電時間 (小時) C/A + 2 hours C/A + 20% C/A + 20% C/A 2表中C為電池的標(biāo)稱容量, 單位為AH(安時),A表示充電恒流電流人們當(dāng)然希望充電

21、器能在短時間內(nèi)充電完成, 但是由于電流大且控制難, 這在成本和技術(shù)方面都有一定程度的代價付出. 如果使用條件允許, 選用1014個小時左右充電結(jié)束的夜晚慢充型充電器會有價格低,體積小巧等優(yōu)點.對于在線并連使用的SLA電池, 充電方式建議選用2.27V/單元(對應(yīng)12V電池為13.7V)恒壓充電, 這種方案既不會過充電池, 也有利于穩(wěn)定設(shè)備電壓. 對于要經(jīng)常離線充放電使用SLA電池的場合, 應(yīng)該使用先0.2C恒流, 再2.45V/單元恒壓, 電池充好后即時進入2.27V/單元恒壓的三段式充電方法. 整個充電時間約為810小時.NICD電池允許有一定電流的過充, 因此選用0.1C電流的簡單恒流源充

22、電器可謂經(jīng)濟實惠.NIMH電池對過充電較為敏感, 即使用0.1C的電流, 如果充電超過14個小時或?qū)σ殉浜玫碾姵卦倮^續(xù)充幾個小時, 對電池的壽命都有較大損害. 電池充好時應(yīng)及時關(guān)斷電流或?qū)⒊潆婋娏鹘档偷?.02C以下是非常重要的, 即使對0.1C的夜間慢充型NIMH充電器也是如此.最大充電電流達到2C左右的智能型快速充電器已經(jīng)有很多成功案例. 這類充電器一般都必須在充電進程的各階段隨時監(jiān)測電池電壓、溫度等參數(shù)，當(dāng)電池快要充滿電時自動降低充電電流倍率，這樣可以將電池過充電引起的過溫過壓風(fēng)險降到最低。NICD和NIMH兩類電池的充電特性非常相似，只是NIMH電池在充電過程中發(fā)熱更多一些、峰值電壓更

23、不明顯一些。這兩類電池在快速充電時都采用下面幾種條件之一來作為快充電終止的條件：包括電壓上升斜率（dV/dt)、電壓負增長（-dV)和電池溫度上升斜率（dT/dt)。還有三個條件是設(shè)置為異常保護條件下進行動作的：最高電池溫度、最高電池電壓和充電器內(nèi)置定時器。要實現(xiàn)這些監(jiān)測和智能切換動作，肯定要帶來充電器成本上升，但是如果沒有這些措施，電池將面臨著容量下降、循環(huán)壽命降低甚至漏液爆炸等安全隱患。LI-ION和SLA電池的充電方式較為相似，都要求先恒流再恒壓，區(qū)別是鋰離子電池對充電恒壓階段的電壓精度要求較高（1%)。由于鋰電池的安全性是一個致命的隱患，因此要求在充電結(jié)束控制和保護方面要特別小心。對于

24、不同的應(yīng)用場合，鋰離子電池包都會內(nèi)置有相應(yīng)的充放電保護電路, 以便更安全的保護電池不發(fā)生以外. 鉛酸蓄電池用三段式充電模式的缺陷摘要：分析了鉛酸蓄電池用三段式充電模式及其充電器忽略了電池的負溫度特性的缺陷，從充電器充電的波形和頻率出發(fā)，提出應(yīng)采用兼有常規(guī)性充電功能和修補性充電功能的多功能充電器，并給出了常規(guī)性充電階段和補充性充電階段的技術(shù)參數(shù)。 電動自行車（以下簡稱“EB”）產(chǎn)業(yè)的興起，對充電器提出了高要求。目前EB所配置充電器，多屬于傳統(tǒng)的三段式充電器，三段式充電器的充電模式是將充電過程分為恒流、恒壓、浮充三個充電階段，以我國EB采用較多的36V12Ah鉛酸蓄電池組為例，第一階段以1.8A的

25、恒定電流將電池充到約44.4V；第二階段將充電電流減小至約0.3A，再次將電池電壓充到44.4V；第三階段將電壓降至約41.4V，電流減至約50MA對電池進行浮充。 從幾年來的使用情況看，三段式充電器暴露一些問題。以下仍以36V12Ah鉛酸蓄電池組為例，談?wù)勅问匠潆娖鞯娜毕莺徒鉀Q方案。 1、三段式充電器忽略了電池的負溫度特性 三段式充電器充電參數(shù)的設(shè)定除受所配電池單體極板面積大小、電極特性、電解液密度等因素影響外,，還受蓄電池的環(huán)境溫度的影響，以36V蓄電池組為例，具體充電電壓與溫度的關(guān)系見表1 溫度/()恒壓充電電壓N浮充充電電壓N 046.2042.48 10 45.36 41.58 2

26、0 44.40 40.86 25 44.25 40.50 30 43.74 40.14 35 43.20 39.78 雖然一直以來，人們都明白電化學(xué)的溫度效應(yīng)是不能回避的，但卻在充電器問題上忽略了。原因可以有很多，但特別應(yīng)在此指出的是：過去人們對蓄電池容量、壽命與溫度之間關(guān)系的感觸和認(rèn)識從來沒有象今天這樣直接和具體，須知，這是千萬個EB用戶參與了“實驗”的結(jié)果。 在我國幾乎所有的地區(qū)，使用無溫度補償?shù)某潆娖?，都會對電池造成損害。夏季過充，冬季欠充，過充和欠充容易造成電池失水和硫酸鹽化，電池失水后，硫酸濃度提高，加劇了板極腐蝕，就更容易產(chǎn)生硫酸鹽化，硫酸鹽化的電池表現(xiàn)為更容易失水。這是一種連鎖反

27、應(yīng)。鉛酸電池硫酸鹽化是影響EB續(xù)駛里程和電池壽命的重要因素。 無溫度補嘗的充電器究竟對電池的損害有多大，目前還缺少實驗數(shù)據(jù)，對蓄電池進行定量分析要比定性分析復(fù)雜困難得多，但以下的數(shù)據(jù)可以參考：EB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉛酸蓄電池的循環(huán)次數(shù)不得不少于350次，但實際上有相當(dāng)多的電池使用時間不到8個月，即循還次數(shù)不足240次。 充電器增加溫度補償功能并不困難，如只要將原基準(zhǔn)電壓改為具有負溫度系數(shù)特性的基準(zhǔn)電壓，一般就可以了。 2、三段式充電模式缺少修補性充電環(huán)節(jié) 三段式充電模式的恒流恒壓浮充三個充電階段，都是圍繞怎樣充滿電池來設(shè)計的，因此，這三個充電階段占用了全部充電時間，如36V12Ah電池組的充電電流通常

28、被設(shè)定為1.8A，有公式：12(安時）1.2（效率）8（小時）=1.8A。恰好能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的8h內(nèi)將電池充滿，設(shè)計時就沒打算留出修補電池的時間，更何況三段式充電器一般也不具備修補電池的功能。 產(chǎn)業(yè)界向來有人認(rèn)為：我國的EB以采用鉛酸蓄電池為主，并且采取的是全動力模式，如電池長期不能達標(biāo)，我國的EB產(chǎn)業(yè)將可能有再次夭折的危險。但技術(shù)界對此問題的認(rèn)識是：要想鉛酸蓄電池達標(biāo)，除有待于電池本身的技術(shù)進步外，采用充電與修補功能兼?zhèn)涞亩喙δ艹潆娖魇墙鉀Q問題的有效途徑。因此，我們建議立即從以下兩方面入手對EB充電器進行技術(shù)改造。一是將36V12Ah電池組的充電電流從1.8A提高到3A以上，用約4h的時間對電

29、池進行常規(guī)性充電，留出4h以上時間對電池進行修補性充電；二是給充電器增加對電池進行修補性充電的功能。 3、關(guān)于充電的波形和頻率 充電器賴以對電池產(chǎn)生影響的是充電電壓、電流及其波形和頻率，其中，充電電壓主要與電池充得滿不滿有關(guān)，充電電流主要與充電充得快不快有關(guān)，而充電的波形和頻率則主要與充電充得好好不好有關(guān)，這里的“好不好”指得是電池的容量和壽命。實踐證明，以上三者雖各有側(cè)重，但其關(guān)系是相輔相成、不可忽略的。 充電器屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，在充電過程中強調(diào)波形和頻率的作用是開關(guān)電源出現(xiàn)以后的事，而三段式充電模式出現(xiàn)在線性電源時期，因此，三段式充電模式偏重于充電電壓和電流，缺少充電波形和頻率方面的內(nèi)容是

30、情有可原的?，F(xiàn)在，EB配置的充電器全都是用開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計的，但卻仍采用三段式充電模式，這顯然是不相宜的，據(jù)我們調(diào)查和檢測，目前的EB充電器還不同程度地存在以下問題： （1）輸出紋波太小。有的竟只有50mV，顯然這是將充電器當(dāng)成穩(wěn)壓電源來做了，也許這種紋波可以用來給鋰離子電池充電，但對于36V鉛酸蓄電池來說，充電脈沖的幅值應(yīng)以1-2V為好。 （2）輸出連續(xù)三角波。這通常是正激式開關(guān)電源充電器才有的波形，由于極化現(xiàn)象的存在，蓄電池忌諱用直流充電，包括連續(xù)三角波。常規(guī)性充電的最好波形是單端反激式開關(guān)電源通常所輸出的下降型脈沖，尤其是緊接脈沖之后存在的一段休止時間，還可以消除鉛酸蓄電池因充電而產(chǎn)生的

31、電化學(xué)極化；比較而言，正激式開關(guān)電源充電器的溫升雖然可以做得低一些，但其輸出波形不如反激式電源，不過這可以通過調(diào)整其輸出三角波的占空比來加以彌補。 （3）在充電器與電池之間串聯(lián)有一二極管。其目的可能是為了防止電池通過充電器放電，但這樣做是錯誤的。充電就是需要又充電又放，邊充邊放，充多放少，哪怕放電只有充電的百分之一，也將會對抑制電池氣化和抬高氣化電壓等產(chǎn)生不可替代的作用。應(yīng)該認(rèn)識到，如能在每一常規(guī)性充電周期留出幾微秒和在修補性充電周期留出幾秒鐘用來放電，對消除鉛酸蓄電池在充電時產(chǎn)生的電化學(xué)極化和濃差極化，從而增加和延長電池的容量和壽命將會有決定性意義。 （4）充電頻率單調(diào)。一個優(yōu)秀的充電器必須

32、具有多種充電模式：脈沖充電、負脈沖激活、變頻充電等模式，只有具備這些技術(shù)的充電器才能有效地去除電解液濃度極差、板柵硫酸鹽化和極化現(xiàn)象。脈沖充電、高頻充電以及變頻充電等充電技術(shù)，正在被越來越多地應(yīng)用在充電器上，可以預(yù)期，一種兼有常規(guī)性充電功能和修補性充電功能的多功能充電器必將替代功能單一的三段式充電器而成為EB的主流。 4、一種實用的EB多功能充電器的充電模式和參數(shù) 如將凡包含常規(guī)性充電功能和修補性充電功能的充電器統(tǒng)稱為多功能充電器，那么根據(jù)以兩種充電功能結(jié)合方式的不同，可以設(shè)計出多種模式的多功能充電器，但從EB的適用角度考慮，還是將以上兩種充電功能分開來設(shè)計好，即將有限的充電時間劃分為兩個充電

33、時間段，前段時間用來完成常規(guī)性充電，后段時間用來進行修補性充電。以下仍以36V 12Ah鉛酸蓄電池組為例，介紹一種實用的多功能充電器的充電模式和參數(shù)。 4、1常規(guī)性充電階段 （1）電源類型：單端反激式開關(guān)電源； （2）滿輸出充電頻率：25kHz，即充電電源3A時的電源工作頻率； （3）充電波形：下降型三角脈沖； （4）脈沖幅度：約1.6V； （5）脈沖最大寬度：約25s； （6）充電休止時間：約15s； （7）放電電流：約50mA； （8）充電平均電流：3A； （9）充電峰值電流：約10A； （10）充電時間：約4h，即充電4h后，電池電壓應(yīng)上升到43.2V（常溫），容量已達75%以上； （1

34、1）減流轉(zhuǎn)折電壓：常溫下43.2V，該電壓為“氣化點電壓”，即在用直流充電的情況下，此時鉛酸電池的電解液已開始大量氣化。以下轉(zhuǎn)入修補性充電階段。 4.2修補性充電階段 （1）線性減流及范圍：電池電壓上升到43.2V（常溫）時，充電電流開始減小，減小的速率呈線性，平均充電電流從3A最終減為不小于0.3A，或峰值充電電流從約10A減為1A； （2）充電頻率變化范圍：線性減流時，隨著充電電流的減小，充電頻率開始上升，其變化范圍為25-100kHz； （3）充電終止電壓：參見表1列出的“恒壓充電電壓”，該電壓相當(dāng)于“氣化點電壓”加約1.2V，當(dāng)電池電壓上升至該電壓時，充電器終止充電； （4）重起動電壓

35、：參見表1列出的“浮充充電電壓”，終止充電后，電池電壓下降，當(dāng)降至重起動電壓時，充電器將再次起動將電池充到充電終止電壓，而后充電終止，電池電壓再次下降，充電將循環(huán)反重地進行下去； （5）充電終止時間：終止充電后，電池電壓下降的時間起先較快，約幾秒鐘，隨著時間推移，終止充電的時間會越來越長，可達幾分鐘以上； （6）修補性充電的延續(xù)時間：4h以上不限。鉛酸蓄電池用三段式充電模式的缺陷摘要：分析了鉛酸蓄電池用三段式充電模式及其充電器忽略了電池的負溫度特性的缺陷，從充電器充電的波形和頻率出發(fā)，提出應(yīng)采用兼有常規(guī)性充電功能和修補性充電功能的多功能充電器，并給出了常規(guī)性充電階段和補充性充電階段的技術(shù)參數(shù)。

36、 電動自行車（以下簡稱“EB”）產(chǎn)業(yè)的興起，對充電器提出了高要求。目前EB所配置充電器，多屬于傳統(tǒng)的三段式充電器，三段式充電器的充電模式是將充電過程分為恒流、恒壓、浮充三個充電階段，以我國EB采用較多的36V12Ah鉛酸蓄電池組為例，第一階段以1.8A的恒定電流將電池充到約44.4V；第二階段將充電電流減小至約0.3A，再次將電池電壓充到44.4V；第三階段將電壓降至約41.4V，電流減至約50MA對電池進行浮充。 從幾年來的使用情況看，三段式充電器暴露一些問題。以下仍以36V12Ah鉛酸蓄電池組為例，談?wù)勅问匠潆娖鞯娜毕莺徒鉀Q方案。 1、三段式充電器忽略了電池的負溫度特性 三段式充電器充電

37、參數(shù)的設(shè)定除受所配電池單體極板面積大小、電極特性、電解液密度等因素影響外,，還受蓄電池的環(huán)境溫度的影響，以36V蓄電池組為例，具體充電電壓與溫度的關(guān)系見表1 溫度/()恒壓充電電壓N浮充充電電壓N 046.2042.48 10 45.36 41.58 20 44.40 40.86 25 44.25 40.50 30 43.74 40.14 35 43.20 39.78 雖然一直以來，人們都明白電化學(xué)的溫度效應(yīng)是不能回避的，但卻在充電器問題上忽略了。原因可以有很多，但特別應(yīng)在此指出的是：過去人們對蓄電池容量、壽命與溫度之間關(guān)系的感觸和認(rèn)識從來沒有象今天這樣直接和具體，須知，這是千萬個EB用戶參與

38、了“實驗”的結(jié)果。 在我國幾乎所有的地區(qū)，使用無溫度補償?shù)某潆娖?，都會對電池造成損害。夏季過充，冬季欠充，過充和欠充容易造成電池失水和硫酸鹽化，電池失水后，硫酸濃度提高，加劇了板極腐蝕，就更容易產(chǎn)生硫酸鹽化，硫酸鹽化的電池表現(xiàn)為更容易失水。這是一種連鎖反應(yīng)。鉛酸電池硫酸鹽化是影響EB續(xù)駛里程和電池壽命的重要因素。 無溫度補嘗的充電器究竟對電池的損害有多大，目前還缺少實驗數(shù)據(jù)，對蓄電池進行定量分析要比定性分析復(fù)雜困難得多，但以下的數(shù)據(jù)可以參考：EB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉛酸蓄電池的循環(huán)次數(shù)不得不少于350次，但實際上有相當(dāng)多的電池使用時間不到8個月，即循還次數(shù)不足240次。 充電器增加溫度補償功能并不困難，

39、如只要將原基準(zhǔn)電壓改為具有負溫度系數(shù)特性的基準(zhǔn)電壓，一般就可以了。 2、三段式充電模式缺少修補性充電環(huán)節(jié) 三段式充電模式的恒流恒壓浮充三個充電階段，都是圍繞怎樣充滿電池來設(shè)計的，因此，這三個充電階段占用了全部充電時間，如36V12Ah電池組的充電電流通常被設(shè)定為1.8A，有公式：12(安時）1.2（效率）8（小時）=1.8A。恰好能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的8h內(nèi)將電池充滿，設(shè)計時就沒打算留出修補電池的時間，更何況三段式充電器一般也不具備修補電池的功能。 產(chǎn)業(yè)界向來有人認(rèn)為：我國的EB以采用鉛酸蓄電池為主，并且采取的是全動力模式，如電池長期不能達標(biāo)，我國的EB產(chǎn)業(yè)將可能有再次夭折的危險。但技術(shù)界對此問題的認(rèn)

40、識是：要想鉛酸蓄電池達標(biāo)，除有待于電池本身的技術(shù)進步外，采用充電與修補功能兼?zhèn)涞亩喙δ艹潆娖魇墙鉀Q問題的有效途徑。因此，我們建議立即從以下兩方面入手對EB充電器進行技術(shù)改造。一是將36V12Ah電池組的充電電流從1.8A提高到3A以上，用約4h的時間對電池進行常規(guī)性充電，留出4h以上時間對電池進行修補性充電；二是給充電器增加對電池進行修補性充電的功能。 3、關(guān)于充電的波形和頻率 充電器賴以對電池產(chǎn)生影響的是充電電壓、電流及其波形和頻率，其中，充電電壓主要與電池充得滿不滿有關(guān)，充電電流主要與充電充得快不快有關(guān)，而充電的波形和頻率則主要與充電充得好好不好有關(guān)，這里的“好不好”指得是電池的容量和壽命

41、。實踐證明，以上三者雖各有側(cè)重，但其關(guān)系是相輔相成、不可忽略的。 充電器屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，在充電過程中強調(diào)波形和頻率的作用是開關(guān)電源出現(xiàn)以后的事，而三段式充電模式出現(xiàn)在線性電源時期，因此，三段式充電模式偏重于充電電壓和電流，缺少充電波形和頻率方面的內(nèi)容是情有可原的?，F(xiàn)在，EB配置的充電器全都是用開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計的，但卻仍采用三段式充電模式，這顯然是不相宜的，據(jù)我們調(diào)查和檢測，目前的EB充電器還不同程度地存在以下問題： （1）輸出紋波太小。有的竟只有50mV，顯然這是將充電器當(dāng)成穩(wěn)壓電源來做了，也許這種紋波可以用來給鋰離子電池充電，但對于36V鉛酸蓄電池來說，充電脈沖的幅值應(yīng)以1-2V為好。 （2）輸出連續(xù)三角波。這通常是正激式開關(guān)電源充電器才有的波形，由于極化現(xiàn)象的存在，蓄電池忌諱用直流充電，包括連續(xù)三角波。常規(guī)性充電的最好波形是單端反激式開關(guān)電源通常所輸出的下降型脈沖，尤其是緊接脈沖之后存在的一段休止時間，還可以消除鉛酸蓄電池因充