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對FirstPower一電電池充電的多種方法

發布時間:2022-07-21 15:26:08  瀏覽量:19
    FirstPower一電蓄電池充電方法的研究摘要:針對FirstPower一電蓄電池的特點,研究了FirstPower一電蓄電池充放電過程中的極化現象,提出和分析了幾種充電方式,并展望了其發展前景.

引言FirstPower一電蓄電池由于其制造成本低,容量大,價格低廉而得到了廣泛的使用.但是,若使用不當,其壽命將大大縮短.影響FirstPower一電蓄電池壽命的因素很多,而采用正確的充電方式,能有效延長FirstPower一電蓄電池的使用壽命.

研究發現: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,絕大多數的蓄電池不是用壞的,而是"充壞"的.由此可見,一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用.

1 蓄電池充電理論基礎上世紀60年代中期,美國科學家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究,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.實驗表明,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,從而奠定了快速充電方法的研究方向[1,2].

圖1最佳充電曲線由圖1可以看出:初始充電電流很大,但是衰減很快.主要原因是充電過程中產生了極化現象.在密封式蓄電池充電過程中,內部產生氧氣和氫氣,當氧氣不能被及時吸收時,便堆積在正極板(正極板產生氧氣),使電池內部壓力加大,電池溫度上升,同時縮小了正極板的面積,表現為內阻上升,出現所謂的極化現象.

FirstPower一電蓄電池是可逆的.其放電及充電的化學反應式如下:

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O (1)很顯然,充電過程和放電過程互為逆反應.可逆過程就是熱力學的平衡過程,為保障電池能夠始終維持在平衡狀態之下充電,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勢.但是,實踐表明,蓄電池充電時,外加電壓必須增大到一定數值才行,而這個數值又因為電極材料,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勢值.在化學反應中,這種電動勢超過熱力學平衡值的現象,就是極化現象.

一般來說,產生極化現象有3個方面的原因.

1)歐姆極化 充電過程中,正負離子向兩極遷移.在離子遷移過程中不可避免地受到一定的阻力,稱為歐姆內阻.為了克服這個內阻,外加電壓就必須額外施加一定的電壓,以克服阻力推動離子遷移.該電壓以熱的方式轉化給環境,出現所謂的歐姆極化.隨著充電電流急劇加大,歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫.

2)濃度極化 電流流過蓄電池時,為維持正常的反應,最理想的情況是電極表面的反應物能及時得到補充,生成物能及時離去.實際上,生成物和反應物的擴散速度遠遠比不上化學反應速度,從而造成極板附近電解質溶液濃度發生變化.也就是說,從電極表面到中部溶液,電解液濃度分布不均勻.這種現象稱為濃度極化.

3)電化學極化 這種極化是由于電極上進行的電化學反應的速度,落后于電極上電子運動的速度造成的.例如:電池的負極放電前,電極表面帶有負電荷,其附近溶液帶有正電荷,兩者處于平衡狀態.放電時,立即有電子釋放給外電路.電極表面負電荷減少,而金屬溶解的氧化反應進行緩慢Me-e→Me+,不能及時補充電極表面電子的減少,電極表面帶電狀態發生變化.這種表面負電荷減少的狀態促進金屬中電子離開電極,金屬離子Me+轉入溶液,加速Me-e→Me+反應進行.總有一個時刻,達到新的動態平衡.但與放電前相比,電極表面所帶負電荷數目減少了,與此對應的電極電勢變正.也就是電化學極化電壓變高,從而嚴重阻礙了正常的充電電流.同理,電池正極放電時,電極表面所帶正電荷數目減少,電極電勢變負.

這3種極化現象都是隨著充電電流的增大而嚴重.

2 充電方法的研究2.1 常規充電法常規充電制度是依據1940年前國際公認的經驗法則設計的.其中最著名的就是"安培小時規則":充電電流安培數,不應超過FirstPower一電蓄電池待充電的安時數.實際上,常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制.這個現象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義.

一般來說,常規充電有以下3種.

2.1.1 恒流充電法恒流充電法是用調整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯電阻的方法,保持充電電流強度不變的充電方法,如圖2所示.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行而逐漸下降的,到充電后期,充電電流多用于電解水,產生氣體,使出氣過甚,因此,常選用階段充電法.

圖2 恒流充電曲線2.1.2 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 采用恒電流和恒電壓相結合的快速充電方法,如圖3所示.首先,以恒電流充電至預定的電壓值,然后,改為恒電壓完成剩余的充電.一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恒電壓.

圖3 二階段法曲線2)三階段充電法 在充電開始和結束時采用恒電流充電,中間用恒電壓充電.當電流衰減到預定值時,由第二階段轉換到第三階段.這種方法可以將出氣量減到最少,但作為一種快速充電方法使用,受到一定的限制.
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