蓄电池充电方法的研究

(包头职业技术学院 电气工程系，内蒙古 包头 014030)
摘 要：文章对铅酸蓄电池快速充电的原理和方法作了探讨，并对现阶段流行的各种充电方法进行了分析和对比，提出了两阶段充电模式，同时通过实验证明了这种充电模式的可行性和优越性。
关键词：两阶段充电；快速充电；蓄电池
中图分类号：TN86  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)02—0096—01

目前，铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到了广泛的使用。但是，由于使用不当，致使电池的寿命大大缩短，造成了浪费。虽然影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，但是通过研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的［2］。由此可见，一个好的充电方法对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。
1 常规充电法
常

规充电制度是依据 1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则［6］”。充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。一般来说，常规充电有以下3种：
1.1 恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图1所示。

控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。
1.2 阶段充电法

二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图2所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。 
1.3 恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图3所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。

鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。
2 快速充电技术

蓄电池传统的充电方法，不论是定电压充电法还是定电流充电法，其起始的充电电流总是低于电池的接受能力，造成充电效率低、充电时间长，而在充电后期，最终的充电电流总是高于电池的接受能力，因而蓄电池内气体析出率不断增加、直到充电接近结束，所有的充电电流全部供给气体析出。所以，传统的充电方式不论是从效率的角度还是安全的角度分析都不是一种比较好的充电技术。为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻，提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。

下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的，目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。
2.1 脉冲式充电法

这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图4所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率
2.2 变电压间歇充电法

图5更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
2.3 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法

综合脉冲充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种： ①脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管)信号的频率是固定的； ②脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。

而变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法不同于这两者的控制模式，脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。
［参考文献］
［1］ 高怀军．密封式铅酸蓄电池的使用与维修［N］．电子报合订本，1996：57.
［2］ 冯义．一种智能充电系统的初步研究［C］．中国农业大学优秀硕士学位论文，2000.
［3］ Ajmal Godil．能够选择快充或慢充的充电器［M］．电子设计技术，1999；25(1)：45.
［4］ K Mark Smith, Keyue Ma Smedley. Engineering Design of Lossless Passive Soft Switching Methods for PWM Converters. IEEE transactions on Power Electronics, 2001，vol 16.
［5］ Seiki Igarashi, et al. Integration Technologies for high power IGBT Module. Proceedings of the 3rd International PCIM China Conference for Power Electronics,2004.
［6］ Hua Chih Chiang, Lin Meng yu.A Study of Charging Control of Lead  Acid Battery for Electric Vehicles［A］. Proceedings of the 2000 IEEE　International Symposium on Industrial Electronics［C］.2000,(1):135－140.