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蓄電池充電方法的研究(一)

www.guilinhy.com 來源：慧聰網(wǎng)　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-5-25

鉛酸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(dāng)，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)：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(shù)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(chǔ) 上世紀(jì)60年代中期，美國科學(xué)家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。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(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。蓄電池是可逆的。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下： PbO2＋Pb＋2H2SO42→PbSO4＋2H2O （1）很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應(yīng)。可逆過程就是熱力學(xué)的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)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(shí)踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行,而這個數(shù)值又因?yàn)殡姌O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。一般來說，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有3個方面的原因。 1）歐姆極化充電過程中，正負(fù)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(nèi)阻。為了克服這個內(nèi)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(zhuǎn)化給環(huán)境，出現(xiàn)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(yīng)，最理想的情況是電極表面的反應(yīng)物能及時得到補(bǔ)充，生成物能及時離去。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度(Tempo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度(Tempo)，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)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(xiàn)象稱為濃度極化。 3）電化學(xué)極化這種極化是由于電極上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的速度(Tempo)，落后于電極上電子運(yùn)動的速度(Tempo)造成的。例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。放電時，立即有電子釋放給外電路。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢Me－eMe＋，不能及時補(bǔ)充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負(fù)電荷減少的狀態(tài)促進(jìn)金屬中電子離開電極，金屬離子Me＋轉(zhuǎn)入溶液，加速M(fèi)e－eMe＋反應(yīng)進(jìn)行。總有一個時刻，達(dá)到新的動態(tài)平衡。但與放電前相比，電極表面所帶負(fù)電荷數(shù)目減少了，與此對應(yīng)的電極電勢變正。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)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(shù)目減少，電極電勢變負(fù)。這3種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重。