电池大营救

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  铅酸蓄电池是一个相对复杂的电化学体系,影响其寿命的原因较多,包括制造电池电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构等,本文旨在从充电方法上探究影响铅酸蓄电池寿命的因素。
  一、铅酸蓄电池的工作原理
  铅酸蓄电池充放电的过程,简单来说,就是一种电化学反应的过程。其反应化学方程式为:
  PbSO4 2H2O PbSO4=PbO2 2H2SO4 Pb(充电反应)
  PbO2 2H2SO4 Pb=PbSO4 2H2O PbSO4 (放电反应)
  在充电时,正极的硫酸铅被氧化生成氧化铅,负极的硫酸铅被还原生成铅。而放电过程正好相反,放电时,正极的氧化铅又被还原生成硫酸铅,负极的铅被氧化生成硫酸铅。
  二、不同充电方法对铅酸蓄电池寿命的影响
  1.恒流充电、恒流放电
  恒流充电法是指在充电过程中,充电电流保持恒定不变的充电方法。
  实验条件:选择静态端电压为13.38V、质量为4110g、5A放电时间≥135min、由湖南丰日电源电气股份有限公司生产的6-FM-24型蓄电池进行实验。
  实验方法:用5A恒流充电3h,5A恒流放电2h,循环10周次后,电池质量为3970g,失水140g,单格电池失水23.3g,失水率为19%(计算方法:单格电池失水=电池原质量-试验后电池质量;单格电池失水率=单格电池失水质量÷单格电池原电解液质量)。
  按上述方法充电至1h,电池端压为14.21V;充电至2h,电池端压>16V;充电至3h,电池端压达到16.17V。其充电特性曲线如图1所示。
  由实验可知,电池的可接受电流随充电过程的进行而逐渐下降。充电后期,如果充电电流仍然很大,可能会使充电电池产生部分电解水,而产生的气体又会使析气量急剧增加。这不仅消耗电能,而且容易造成极板上活性物质脱落,影响蓄电池寿命。
  2.恒压充电、恒流放电
  恒压充电的特点是电路设计简单,能精确控制充电电压的大小。缺点是充电后期电流变小,会延长充电时间。如果电池深度放电,充电初期过大的电压会导致电流很大,从而产生很大热量,并且也会分解水、析出气体,造成电池失重而加速板栅腐蚀。
  实验条件:取3只蓄电池,其静态端压A为13.40V,质量4010g;B为13.40V,质量4015g;C为13.40V,质量4055g。3只蓄电池串联,用5A恒流放电的时间≥135min,由湖南丰日电源电气股份有限公司生产的6-FM-24型蓄电池进行实验。
  实验方法:用恒压45V限流5A充电3h,恒流5A 放电2h,循环11周次后对3只蓄电池称重:A电池质量4005g,B电池质量4010g,C电池质量4050g。按每只蓄电池失水5g,计算单格电池失水为0.83g,失水率为0.7%。其充电特性曲线如图2所示。
  实验表明,当充电电压增高至15%时,蓄电池的寿命将缩短2/3。
  由于单纯采用恒流或恒压充电对铅酸蓄电池的失水率、析气量和硫酸盐化都有较大影响,在实验中我们提出将充电过程分成不同的恒流阶段(如三阶段充电法包括:快速充电、补足充电、涓流充电)或分成不同的恒压阶段。
  为此,我们用电动车36V充电器,恒压在44.5V,电流3A,当电池电压达到44.5V后,立即将充电电压降到41.3V,转入涓流充电。
  三、实验总结
  通过实验可知,恒流充电法在充电后期,若充电电流仍不变,会产生大量气泡;恒压充电法在充电开始时充电电流过大,正极板上活性物质体积收缩太快,影响活性物质的机械强度,充电后期电流又偏小,有可能使极板深处的硫酸铅不易还原,形成长期充电不足。
  而改用将充电过程分成不同的恒流阶段或分成不同的恒压阶段,充入容量大,充电时间短,蓄电池出气率低,失水少,电池极板不易硫酸盐化,可大大延长蓄电池的使用寿命。
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