使用CCCV方法,铅酸电池分三个阶段充电,即恒流充电、恒压充电、浮充电。恒流充电提供大部分电荷,并占用大约一半的所需充电时间,恒压充电以较低的充电电流继续并提供饱和,浮充补偿自放电引起的损耗。
在恒流充电期间,电池在5-8小时内充电至约70%;剩下的30%充满了缓慢的充电,持续7–10小时。充电量对于电池的健康至关重要,如果未充满,电池最终将失去接受完全充电的能力,并且由于极板硫酸盐化,性能将下降。图 1 说明了这三个充电阶段。
图1蓄电池充电阶段
当电流降至设定的低水平时,电池将充满电,浮动电压降低,浮充补偿电池的自放电。
从第 1 级到第 2 级的切换无缝发生,并在电池达到设定的电压限制时发生。随着电池开始饱和,电流开始下降;当电流降至 Ah 额定值的 3-5% 时,即达到完全充电。具有高泄漏电流的电池可能永远无法达到这种低饱和电流,并且平台定时器接管以结束充电。
充电电压限值的正确设置至关重要,每节电池的电压范围为2.30V至2.45V。设置电压阈值是一种折中方案。一方面,电池希望充满电以获得最大容量并避免负极板上的硫酸盐化;另一方面,由于不切换到浮充而导致的过饱和会导致正极板的栅极腐蚀。这也会导致放气和失水。
温度会改变电压,这使得设置合理的电压阈值变得更加困难。较暖的环境需要稍低的电压阈值,较冷的温度首选较高的设置。暴露于温度波动的充电器包括温度传感器,用于调节充电电压以实现最佳充电效率。
铅酸电池的充电温度系数为 –3mV/°C。将25°C(77°F)作为中点,高于25°C的每一度,每节电池的充电电压应降低3mV,低于25°C的每一度,每节电池的充电电压应增加3mV。如果无法做到这一点,出于安全原因,最好选择较低的电压。表2比较了各种峰值电压设置的优点和局限性。
一旦通过饱和完全充电,电池在最高电压下的停留时间不得超过48小时,并且必须降低到浮动电压水平。这对于密封系统尤其重要,因为它们比溢流型系统更不耐过度充电。充电超过规定的极限会将多余的能量转化为热量,电池开始放气。
大多数富液式铅酸电池的推荐浮动电压为2.25V至2.27V/节。25°C (77°F) 的大型固定电池通常以 2.25V/电池的速度浮动。制造商建议在环境温度升至29°C (85°F) 以上时降低浮充。
图2显示了铅酸电池的寿命,该电池保持在2.25V至2.30V/节的浮动电压和20°C至25°C(60°F至77°F)的温度下。运行 4 年后,永久性容量损失变得明显,剩余容量不足80%。如果电池需要周期性深度放电,这种损失会更大。高温也会缩短电池寿命。
通过在中等室温和 2.25–2.30V/电池的浮动电压下工作,可以将永久性容量损失降至最低。
老化的电池在设置浮充电压时提出了挑战,因为每个电池都有自己独特的条件。串联后所有电池接收相同的充电电流,并且在每个电池达到满容量时控制单个电池电压几乎是不可能的。有的可能会过度充电,有的则处于充不满状态。对于电池来说过高的浮动电流可能会由于充电不足而硫酸化。电池平衡装置可用于补偿由电池不平衡引起的电压差异。
纹波电压也会导致大型固定电池出现问题。电压峰值构成过充电,导致析氢,而诱导短暂放电,产生饥饿状态,导致电解质耗尽。制造商将充电电压的纹波限制在5%。
关于铅酸电池的脉冲充电以减少硫酸盐化的说法很多。结果尚无定论,制造商和服务技术人员对收益存在分歧。如果可以测量硫酸盐化并应用适量的脉冲,那么补救措施可能是有益的;然而,在不知道潜在副作用的情况下进行治疗可能对电池有害。
大多数固定电池都保持浮充状态,这工作得很好。另一种方法是迟滞充电,当电池进入待机模式时,它会断开浮动电流。电池基本上被储存起来,只是不时地“借用”来应用充能来补充由于自放电或施加负载而损失的能量。此模式适用于待机时不消耗负载的安装。
铅酸电池必须始终以充电状态存放。应每 6 个月进行一次加注充电,以防止电压降至 2.05V/节以下并导致电池硫酸盐。通过 AGM,这些要求可以放宽。
在存储时测量开路电压 (OCV) 可以可靠地指示电池的充电状态。室温下2.10V的电池电压显示电荷约为90%。这种电池状况良好,在使用前只需要短暂的充满电。
测量开路电压时观察存储温度。冷电池略微降低电压,温暖的电池会增加电压。当电池休息几个小时时,使用 OCV 估计充电状态效果最佳,因为充电或放电会搅动电池并扭曲电压。
如果进货检验时的OCV低于每节电池2.10V,一些买家不接受新电池的装运。低电压表示由于长时间存储或由微短路引起的高自放电而导致部分充电。电池用户发现,到达低于指定电压的电池组比电压较高的电池组具有更高的故障率。虽然内部服务通常可以使此类电池充分发挥性能,但所需的时间和设备会增加运营成本。
在合适的温度和足够的充电电流下,铅酸可以有效地提供高电荷。例外情况是在 40°C (104°F) 和低电流下充电,如图 3 所示。
在合适的温度和足够的充电电流下,铅酸可提供高充电效率。
关于快速充电的争论
制造商建议充电 C 速率为 0.3C,但铅酸可以以更高的速率充电,最高可达 80% 的充电状态 (SoC),而不会造成氧气和水消耗。氧气仅在电池过度充电时产生。3 级 CCCV 充电器通过将充电电压限制在 2.40V/节(6 节电池为 14.40V),然后在充满电时降至约 2.30V/节(6 节电池为13.8V)的浮充来防止这种情况发生。这些是低于放气阶段的电压。
测试表明,当电池达到约2.3V/节(6节电池为14.0V)时,只要将电流调节到完全充电,就可以在高达1.5C的温度下充电。当 SoC 为低时,充电接受度最高,并随着电池充满而降低。电池的健康状态和温度在快速充电时也起着重要作用。确保电池在充电过程中不会“沸腾”或发热。充电超过制造商推荐的 C速率时,请注意电池。
铅酸电池充电的简单指南:
1)在通风良好的地方充电。充电过程中产生的氢气具有爆炸性。
2)为富液电池、凝胶电池和 AGM 电池选择合适的充电程序。查看制造商关于推荐电压阈值的规格。
3)每次使用后为铅酸电池充电,以防止硫酸盐化。不要低电量存放。
4)富液电池的极板必须始终完全浸没在电解液中。如果电量不足,请用蒸馏水或去离子水填充电池以覆盖极板。切勿添加电解质。
4)充电后将水位加注至指定水位。电池电量不足时过度填充会导致充电过程中酸溢出。
5)在充满浸没的铅酸中形成气泡表明电池正在达到完全充电状态。(氢气出现在负极板上,氧气出现在正极板上)。
6)如果环境温度高于 29°C (85°F),请降低浮动充电电压。
7)不要让铅酸冻结。空电池比充满电的电池冻结得更快。切勿为冻结的电池充电。
8)避免在高于 49°C (120°F) 的温度下充电。
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