蓄电池充电过程研究

李宝余 张江涛 陈峰

摘 要：随着我国经济社会的进一步发展和科技水平的不断提升，电动汽车等行业在得到发展机遇的同时也面临着绿色发展、能源节约等重要挑战，与此同时，蓄电池装置作为重要储能装备得到了社会各界人士的广泛关注。因此，该文从学习蓄电池基本工作原理出发，在深入了解蓄电池充电过程及其模式的基础上对蓄电池寿命和温度、蓄电池容量等之间的关系进行了一定的探讨，旨在提升蓄电池充电管理水平。

关键词：蓄电池；充电；过程研究

中图分类号：TM912 文献标志码：A

0 引言

随着当前社会可再生能源行业的进一步发展和应用，科学高效、绿色环保的储能装置成为社会各界人士广泛关注的重点对象，市场及消费者也对节约资源能源、有效缓解能源危机的储能技术提出了更具体、更高的要求。而就目前情况而言，蓄电池作为有效储能装置，其发展水平、潜在发展能力、使用范围等都有着较大的优势。因此，进一步研究蓄电池充电全过程的有关特性，并在此基础上提升蓄电池充电管理水平和增强蓄电池储能能力具有不可忽视的重要现实意义。

1 蓄电池基本工作原理

众所周知，蓄电池是常用的电能储备装置和能源变换器，它能有效利用充电、放电这一过程高效率地实现将电能转化为化学能、再将化学能转化为电能这一过程。以铅酸蓄电池为例，它主要由极板、隔板、电解液和电池槽等部分组成。通常情况下，该蓄电池以布满海绵状铅物质的铅板作负极，以布满二氧化铅物质的铅板为正极，并将22%～28%浓度的稀硫酸作为电解质。在铅酸蓄电池的充电过程中，该蓄电池有效利用相应化学反应将电能转化为化学能进行储存，而在放电过程中，蓄电池又进一步将化学能转化为电能，为相应设备提供能量。在该蓄电池放电时，金属铅作为负极发生有关氧化反应，进一步被氧化为硫酸铅，而二氧化铅作为正极发生还原反应，进一步还原为硫酸铅。在该蓄电池充电时，往往采用直流电源进行充电，在正负两极分别生成铅和二氧化铅。在蓄电池电容量达到有关标准移去充电电源后，铅酸蓄电池就重新回复到放电前的化学电池状态，以利于蓄电池下一次充放电的循环使用。在此过程中，铅酸蓄电池等常用蓄电池实现了反复充电放电的过程，常被人们称为二次电池。此外，蓄电池的电压通常为2V，而3个铅酸蓄电池串联使用时其电压便为6V，有关工作人员可根据实际使用情况科学合理地选择铅酸蓄电池的使用数量，最大程度地减少电能的浪费。同时，在铅酸蓄电池使用一定时间后，有关工作人员应补充适量的蒸馏水，从而保证蓄电池电解质中稀硫酸的浓度。目前，我国主要将铅酸蓄电池用于汽车、摩托车、拖拉机和柴油机等机械的启动和照明，同时也为节约电能做出了一定贡献。

2 蓄电池充电模式

随着蓄电池等新型绿色储电模式的进一步发展和广泛应用，有关管理部门根据国际公认经验法设立了一系列充电方法制度，旨在进一步规范蓄电池充电模式。其中，最著名的即为安培小时规则，也就是说，蓄电池在储存电能的过程中，其充电所用的电流安培数应小于等于有关蓄电池装置待充电的安培数，最大程度上减少蓄电池充电过程中温度改变和气体变化的影响，尽可能地保证蓄电池充电过程的安全性和可靠性。目前，常用的蓄电池充电方式主要有以下4种。

2.1 恒流充电法

该方法是利用有关设备调整充电装置输出电压或改变与蓄电池电阻串联方式来保证蓄电池充电电流强度为某一固定值的充电方式。在此充电过程中，蓄电池可接受电流的能力随着充电时间的延长逐渐降低，在其充电后期，甚至会出现充电电流大部分用于电解水，使得充电出气量进一步增加的情况。

2.2 恒压充电法

在该模式下充电的蓄电池有关装置，在整个充电过程中电压保持某一固定值不变，而充电电流随着蓄电池两端电压的逐渐升高而减少。总的来说，由于蓄电池充电初期其电动势较低，电流较大，而随着充电时间的延长，充电电流逐渐减小。因此，往往只需要控制较为简易的系统便能有效完成蓄电池充电过程，但由于其充电初期电流较大，往往会在一定程度上影响蓄电池的使用寿命。

2.3 阶段充电法

阶段充电法主要分为二阶段充电法和三阶段充电法2种。二阶段充电法是采用恒电流法和恒电压法相结合的快速充电模式，此方法先采用恒电流充电到某一固定电压值，然后再采用恒电压法完成剩余蓄电池电能的储存。在此过程中，两阶段之间转换的电压值往往即为第二阶段恒电压值。三阶段充电法是在充电开始和充电结束两阶段采用恒电流充电方式，充电中期采取恒电压充电方式的电能储存模式。在此过程中，当充电电流减弱到某一固定值时，蓄电池充电过程由中期转化为末期，最大程度上减少电解水产生的气体总量。

2.4 脉冲式快速充电法

该方法首先利用有关装置的脉冲电流对蓄电池进行充电，然后暂停一定时间的充电再继续利用脉冲装置充电，反复循环，直至蓄电池电容量补足。在此充电过程中，脉冲装置补充蓄电池电容量，而间歇期则给予了蓄电池化学反应后氢气和氧气充分结合的时间，消除了浓差极化和欧姆极化效应，最大程度地减轻了蓄电池的内压，为蓄电池下一充电周期吸收更多电能奠定了基础。总之，脉冲式快速充电法在满足蓄电池固有充电接受率的基础上进一步增大了蓄电池充电的接受率，破除了蓄电池指数充电接受曲線的限制，为蓄电池充电模式的进一步创新带来了更多的思考。

3 蓄电池的寿命和容量与温度的关系

通常情况下，蓄电池会在各种各样的环境温度下进行使用，因此，进一步分析和研究蓄电池使用寿命、电容量等和环境温度的关系具有重要的指导意义。就蓄电池使用寿命和环境温度的关系而言，不管怎样的机械设备，其额定参数等对其有着重要的影响，蓄电池装置同样如此。当蓄电池容量、有关额定参数环境等确定后，蓄电池放电容量和温度的关系大致为正比例关系。当环境温度为25 ℃时，蓄电池容量往往为100 %，而当环境温度为0 ℃时，蓄电池容量仅有80 %。同样地，当温度升高时，蓄电池容量会相应增大，但过高的温度往往会加速电解液的蒸发和极板的腐蚀，给蓄电池带来更大的伤害。而就蓄电池寿命和环境温度的关系而言，不少试验数据都表明，蓄电池使用寿命和环境温度成反比例关系。一般来说，25℃左右即为蓄电池使用寿命较长的最佳温度，而在60℃的环境温度下，蓄电池往往仅能正常工作1～2年。同时，如果蓄电池长期处于高温工作环境下，蓄电池的使用寿命将会大幅度减少，且其出现安全事故的概率进一步增大。总之，温度对蓄电池使用寿命的长短、电容量的大小等都有着较大的影响，工作人员在使用蓄电池时应严格控制其环境温度。

4 结语

随着现代社会科技水平的进一步提升和各国对可再生能源、可持续性经济发展等重视程度的不断加大，世界各国都在进一步扩大蓄电池在各行各业中的使用范围。同时，有关科研工作者也在进一步利用仿真模拟、数学模型等基础上进一步分析蓄电池容量、温度影响等有关性质，旨在找出相应有效办法进一步提升蓄电池的电容量和使用寿命等。部分学者提出利用带有温度补偿回路的充电器和利用有关隔热材料等进一步降低温度对蓄电池影响的方法。总之，随着可再生能源利用范围的进一步扩大和能源危机的不断逼近，行业的进一步发展和壮大对蓄电池等科学储能装置提出了更高的要求。在此过程中，蓄电池有关研究人员必须进一步深入了解蓄电池充放电实际过程中的各种特性，在顺应蓄电池发展趋势的前提下，在保证蓄电池使用安全的基础上，尽可能地延长其使用时间，进一步扩大蓄电池容量，为蓄电池的进一步发展做出更多的贡献。

参考文献

[1]贺坚.铅酸蓄电池的工作原理与维护方法[J].通讯世界，2016，（12）：178-179.

[2]包寿红.新能源汽车铅酸蓄电池充电方法[J].汽车电器，2016（6）：13-17.