蓄電池的充放電特性

1、蓄電池的充放電特性2010-08-23網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載蓄電池具有自放電效應(yīng)。從生產(chǎn)制造車間到用戶使用，大約要延誤數(shù)月的時間。以PA-NASONIC蓄電池為例，在30的環(huán)境溫度下貯藏8個月，蓄電池的殘存容量僅為出廠時的一半，因此對于新購買的與UPS配套的蓄電池，一般要進行一次較長時間的充電，這叫做初充電。蓄電池的初充電電流大小應(yīng)按0.1C來充電，蓄電池在放電終了后可進行再充電，這叫正常充電。目前在UPS中普遍采用兩種充電方式:浮充和脈充。所謂浮充電是指整流器的輸出與蓄電池并聯(lián)工作，并同時向負載供電，實際上此時整流器提供的電流分兩路，一路送給負載，另一路送給蓄電池，以補充蓄電池自身內(nèi)部損耗，浮充充電工作方

2、式接線簡單，對改善UPS輸出瞬態(tài)響應(yīng)特性有好處。脈沖充電的特點是充電電流隨蓄電池容量而變化，用這種方式充電，可以縮短充電時間。 1.充電電壓 由于UPS蓄電池屬于備用工作方式，市電正常情況下處于充電狀態(tài)，只有停電時才會放電。為延長蓄電池的使用壽命，UPS的充電器一般采用恒壓限流的方式控制，蓄電池充滿后即轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)。 對于端電壓為12V的蓄電池，正常的浮充電壓在13.513.8V之間。浮充電壓過低，蓄電池充不滿，浮充電壓過高，會造成過電壓充電。當浮充電壓超過14V時，即認為是過電壓充電。嚴禁對蓄電池組過電壓充電，因為過電壓充電會造成蓄電池中的電解液所含的水被電解成氫和氧而逸出，使電解液濃度增大

3、，導(dǎo)致蓄電池壽命縮短，甚至損壞。 2.充電電流 蓄電池充電電流一般以C來表示，C的實際值與蓄電池容量有關(guān)。舉例來講，如果是100Ah的蓄電池:C為100A。松下鉛酸免維護蓄電池的最佳充電電流為0.1C左右，充電電流決不能大于0.3C。充電電流過大或過小都會影響蓄電池的使用壽命。 理想的充電電流應(yīng)采用分階段定流充電方式，即在充電初期采用較大的電流，充電一定時間后，改為較小的電流，至充電末期改用更小的電流。充電電流的設(shè)計一般為0.1C，當充電電流超過0.3C時可認為是過電流充電。避免用快速充電器充電，否則會使蓄電池處于“瞬時過電流充電”和“瞬時過電壓充電”狀態(tài)，造成蓄電池可供使用電量下降甚至損壞蓄

4、電池。過電流充電會導(dǎo)致蓄電池極板彎曲，活性物質(zhì)脫落，造成蓄電池供電容量下降，嚴重時會損壞蓄電池。 3.充電方式當UPS的蓄電池在使用中遇到下述情況之一時，要想恢復(fù)蓄電池的可充放電特性，應(yīng)采用均衡充電的辦法來解決。 1)過量放電使得蓄電池的端電壓低于蓄電池所允許的放電終了電壓。對12V的M型鉛酸蓄電池而言，其放電終了電壓為10.5V左右。 2)UPS蓄電池組中，各蓄電池單元之間的端電壓差別超過1V左右。 3)長時間放置不用，超過靜態(tài)存儲時間的蓄電池。常溫環(huán)境，一般UPS蓄電池的靜態(tài)存儲時間為9個月。當溫度為3140時，靜態(tài)存儲時間為5個月(包括新購蓄電池)。 4)重新更換了電解液的蓄電池。 5)

5、放電后末能及時充電的蓄電池。 6)長期工作于浮充狀態(tài)(即UPS長期工作于市電狀態(tài))并超過靜態(tài)存儲時間。 7)不慎放電，將蓄電池端電壓放至低于終止電壓。 對于NP6-12型密封式鉛酸蓄電池，其均衡充電電壓為14V左右，最大允許的均衡充電電流小于0.28C；對于LCL12V24P型密封式鉛酸蓄電池，其均衡充電電壓為14V左右最大允許的均衡充電電流小于8A。 (8)溫度補償。雖然蓄電池的工作溫度范圍很寬，可在-15+45范圍內(nèi)運行，但是蓄電池運行最佳環(huán)境溫度為25左右，如果環(huán)境溫度變化較大，需用溫度系數(shù)進行補償(-3mV/)。 (9充電操作。蓄電池的初充電電流大小一般按說明書中的規(guī)定值，或

6、按額定容量1/10的電流來進行。使用中正常充電時，最好采用分級定流充電方式，即在充電初期用較大電流，充電一定時間后，改用較小電流，至于充電后期，改用更小電流。這種充電方法的充電效率較高，它所需充電時間較短，充電效果也好，對延長蓄電池壽命有利。有的新型智UPS采用定期自動監(jiān)測及循環(huán)充電的方式進行對蓄電池充電，以延長蓄電池壽命。 (10)治療性充放電。對于蓄電池治療性充放電過程，從放電容量和蓄電池電壓值判斷每只蓄電池的“健康情況”，因為不同放電容量過程中每只蓄電池的電壓變化就代表了該蓄電池"健康"狀況，如有不合格的蓄電池，應(yīng)采取補救措施。 有些UPS蓄電池欠電壓是由于UPS逆變

7、器末級驅(qū)動電路損壞，造成蓄電池放電所致。若在修好電路故障后，應(yīng)及時將蓄電池接入原電路充電，仍然會使蓄電池復(fù)好如初。問題在于欠電壓的蓄電池無法使UPS啟動成功。此時，可用如下辦法解決: 1)先用好的蓄電池將UPS啟動到市電狀態(tài)后，再撤掉好蓄電池換上待充電的欠電壓蓄電池。在調(diào)換蓄電池時，要求UPS空載運行。一般UPS迸入市電狀態(tài)后，只要保持輸入市電正常，撤掉蓄電池不會影響市電供電狀態(tài)。給欠電壓的蓄電池充電過程中，應(yīng)注意觀察蓄電池的充電電流。 2)將欠電壓的蓄電池先充電到10.5V(相對于12V蓄電池)以上，便可使UPS成功啟動。 4.放電要求 蓄電池實際放出的容量與放電電流有關(guān)，放電電流越大，蓄電

8、池的效率越低。例如，12V/24Ah的蓄電池當放電電流為0.4C時，放電至終止電壓的時間是1小時50分，實際輸出容量17.6Ah，效率為73.3%。當放電電流為7C時，放電至終止電壓的時間僅為20s，實際輸出容量0.93Ah，效率為3.9%。所以應(yīng)避免大電流放電，以提高蓄電池的效率。一般電路設(shè)計和用戶選擇負載時，都要保護UPS蓄電池逆變放電電流不超過2C。 放電深度對蓄電池使用壽命的影響也非常大，蓄電池放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)就越少。雖然UPS郡有蓄電池低電壓保護功能，一般單節(jié)蓄電池放電至10.5V(相對于12V蓄電池)左右時，UPS就會自動關(guān)機，但是如果UPS處于輕載放電或空載放電的情況

9、下，盡管小電流放電能提高蓄電池的效率，但是當用極小電流(小于0.05C)長時間放電時，將導(dǎo)致蓄電池實際放出容量超過其額定容量，從而造成蓄電池嚴重的深度放電。當蓄電池放電深度為100%時，蓄電池實際使用壽命約為200250次充放電循環(huán)；放電深度為50%時，約為500600次充放電循環(huán)。因此，在使用UPS時，既要避免重載過電流放電，又要避免長時間輕載放電造成蓄電池深度放電。更要避免蓄電池短路放電，否則，會嚴重損壞蓄電池的再充電能力和儲電能力，縮短使用壽命。在蓄電池的實際應(yīng)用中，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后蓄電池，經(jīng)對落后蓄電池處理后再做核對性放電實驗。這樣可防止事故，

10、以免放電中落后蓄電池惡化為船舶鉛酸蓄電池與充放電 作者：admin 發(fā)表時間：2010-01-23 11:39:37 1 前 言現(xiàn)在各類船舶都普遍使用了鉛酸蓄電池(以下簡稱蓄電池)作為船舶的應(yīng)急電源與備用電源。充放電過程中蓄電池端電壓的變化,對正確使用蓄電池有重要意義。而環(huán)境溫度對蓄電池壽命影響也應(yīng)引起足夠的重視,只有這樣才能科學(xué)地使用蓄電池這一重要電源。2 蓄電池基本工作原理蓄電池是一種能源變換器,充電時將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存起來,而放電時將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋３浞烹姸际腔瘜W(xué)反應(yīng)。蓄電池充放電過程的化學(xué)反應(yīng)式：平時船舶電網(wǎng)對蓄電池充電,而在船舶事故應(yīng)急狀態(tài)時則由蓄電池放電,供電給應(yīng)急用電設(shè)備,

11、確保船舶的安全。3 充電過程中端電壓的變化圖1是一只良好的蓄電池(單體2 V),以10小時率的電流值進行充電,其端電壓的變化曲線。由圖1可知,充電時,蓄電池端電壓隨時間的變化,特征曲線可分下面幾個階段:(1)曲線0-a段為充電初期,約1 h,端電壓上升很快,從2 V升到2.2 V左右。蓄電池極板的活性物質(zhì)變?yōu)槎趸U(PbO2)及鉛(Pb)時,在極板細孔內(nèi)形成的硫酸聚增,來不及向外擴散,濃度極化作用及電化學(xué)極化作用都較大,使蓄電池正極電位往正方向移動,負極電位往負方向移動,致使蓄電池的端電壓迅速升高。(2)曲線a-b段為充電中期,在較長時間內(nèi)約6h,端電壓變化是緩慢的,從2.2 V升到2.4

12、V。在此期間,整個極化作用影響不大,因此蓄電池端電壓變化較小。(3)曲線b-c段為充電后期,端電壓迅速增大,從2.4 V增至2.6 V以上。期間負極析出氫氣,正極析出氧氣。氫氣在負極上的過電位,使負極電位往負方向增加,氧氣在正極上發(fā)生過電位,使正極電位往正方向增加,因而,蓄電池端電壓迅速升高,曲線較陡。(4)曲線c-d段當端電壓升到2.6 V以后,由于是恒流充電,氫氧氣體在電極上反應(yīng)速度已逐漸穩(wěn)定,蓄電池端電壓也不再變化,表明蓄電池的充電到了應(yīng)該終止的時候了。2.6 V即為充電終止電壓。蓄電池在充電過程中,其充電曲線若不符合圖1曲線(一般指10小時率充電曲線),說明蓄電池有故障。4 放電過程中

13、端電壓的變化圖2是一只良好的蓄電池(單體2 V),按10小時率的電流進行連續(xù)放電,其端電壓的變化特征曲線(1)0-a段曲線 蓄電池在放電開始時,在較短時間內(nèi)端電壓下降較快。這是由于濃度極化,電化學(xué)極化及其所產(chǎn)生的內(nèi)阻過電位引起的。(2)a-b段曲線 該段是蓄電池放電的中期階段,在較長時間內(nèi),其端電壓從2 V下降至1.9 V左右。端電壓變化的快慢取決于H2SO4擴散速度的大小,即硫酸量補充的快慢。從電化學(xué)極化分析來看,隨著反應(yīng)的進行到放電中期,負極完全進行著氧化反應(yīng),正極完全進行著還原反應(yīng),電極電位也沒有多大變化,其內(nèi)阻極化也表現(xiàn)為定值。故端電壓變化很慢,曲線平坦。(3)b-c段曲線 該段已是放

14、電末期,端電壓下降很快,從1.9 V降到1.7 V。蓄電池內(nèi)電阻增加,內(nèi)阻極化作用變化更大。此時繼續(xù)放電,端電壓將急劇下降,C點為蓄電池的終止電壓,至此必須立即停止放電。從圖1與圖2兩條曲線的分析可得出蓄電池兩個重要的電壓參數(shù);充電時蓄電池端電壓達到2.6 V,應(yīng)停止充電,再充下去即過充對蓄電池有害。反之放電時端電壓降至1.7 V,也應(yīng)立即停止放電。這兩個終止電壓對蓄電池及充放電裝置都至關(guān)重要,是充放電裝置充電和放電的重要運行參數(shù)和控制及報警的設(shè)置點,應(yīng)使蓄電池的狀態(tài)符合這2條曲線,這對蓄電池的壽命是十分有益的。船舶系泊試驗時作蓄電池充電試驗,通常每2 h記錄一次電壓電流數(shù)據(jù)。5 蓄電池的壽命

15、和容量與溫度的關(guān)系眾所周知,船舶活動范圍是很大的。不同季節(jié),不同航線,就是白天與夜晚,船舶的環(huán)境溫度變化也很大。下面將船舶蓄電池與溫度的關(guān)系論述如下。5.1 蓄電池放電容量與溫度的關(guān)系不論什么設(shè)備,在額定參數(shù)下運行是很重要的,蓄電池也不例外。蓄電池容量選定后,也應(yīng)運行在額定值下。圖3就是蓄電池放電容量與溫度的關(guān)系曲線。從圖3可看出,溫度為25時,蓄電池容量達100%;當環(huán)境溫度為0時,蓄電池容量只有80%了。反之溫度升高蓄電池容量會有些增大,但溫度升高會加速液體蒸發(fā)和極板腐蝕,這對蓄電池也是有害的。5.2 蓄電池壽命與溫度的關(guān)系從圖4可看出蓄電池最佳溫度在25左右,此時工作壽命最長;若長期工作在高溫下,如50,則蓄電池壽命將會大大縮短。從圖3、圖4可知,溫度對蓄電池的影響是很大的,而作為船電設(shè)計者應(yīng)科學(xué)地選擇蓄電池容量,并要充分考慮蓄電池安裝處所的環(huán)境溫度和通風(fēng)條件,確保蓄電池的使用壽命。6 解決溫度對蓄電池影響的幾點看法國內(nèi)外有關(guān)文獻提出采用帶溫度補償回路的充電器。從蓄電池特性來說,隨著溫度變化要改變充電電壓。當環(huán)境溫度超過基準溫度(25)1時,充電電壓應(yīng)下降5 mV/個左右;環(huán)境溫度低于基準溫度1時