摘要:分析了铅酸蓄电池经常达不到设计使用寿命的原因,并提出了新的充电器的设计原理.

关键词:蓄电池;蓄电池充放电;新型充电器

  1 引言

    尽管今天铅酸蓄电池在结构设计与使用原材料方面比过去有了很大的改进,性能有了相当大的提高,许多设计和用料精良的免维护铅酸蓄电池浮充使用的理论寿命为 15 ~ 20 年以上,但真正能在使用中达到如此寿命的电池恐怕是少之又少.拿汽车与摩托车广泛使用的干荷电少维护起动用铅酸蓄电池来说,设计使用寿命为 4 ~ 5 年以上,通过调查发现,很少能达到以上水平,大部份几个月至一年就夭折了,究其原因,我们认为有以下几点:

  1)充电设备的设计不够完善,使用也不方便.

  2)铅酸蓄电池放电后得不到及时的补充充电,特别是过放电对电池造成致命之伤.

  3)少数厂家的产品质量低劣,以次充好.

  以上原因,我们认为2 )、3 )从技术上讲是比较容易预防和做好的,唯1)牵涉比较难以解决的技术问题,下面着重谈谈这方面存在的问题.

  2 蓄电池的充电技术要求

    厂家提供的铅酸蓄电池保证使用寿命的技术指标是在环境温度为 25℃ 下给出的.由于单体铅酸蓄电池电压具有温度每上升 1℃ 下降约 4mv 的特性,那么一个由 6 个单体电池串联组成的 12V 蓄电池, 25℃ 时的浮充电压为 13.5V ;当环境温度降为 0℃ 时,浮充电压应为 14.1V ;当环境温度升至 40℃ 时,浮充电压应为 13.14V .同时铅酸蓄电池还有一个特性,当环境温度一定,充电电压比要求的电压高 100mv ,充电电流将增大数倍,因此,将导致电池的热失控和过充损坏.当充电电压比要求电压低 100mv 时,又将使电池充电不足,也会导致电池损坏.另外铅酸蓄电池的容量也和温度有关,大约是温度每降低 1℃ ,容量将下降 1 %,所以厂家要求铅酸蓄电池的使用者在夏天电池放出额定容量的 50 %后,冬天放出 25 %后就应及时充电.

    显然,日常使用中的铅酸蓄电池不可能长期处在 25℃ 的环境中,一日中尚有早、中、晚的温差变化,更何况一年中还有春、夏、秋、冬四季更大的温差,因此目前市面上普遍使用的各种晶闸管整流型、变压器降压整流型、以及一般的开关稳压电源型的铅酸蓄电池充电器,以恒压或恒流方式对电池进行的充电,是无法达到铅酸蓄电池补充充电所需要满足的严格技术要求的.纵观过去所采用的这些对铅酸蓄电池充电的方法,以及根据这些方法开发的铅酸蓄电池充电器,我们不难看出,其技术是不够完善的,用这些产品给铅酸蓄电池充电,势必直接影响铅酸蓄电池的使用寿命,同时这些充电器还存在着工作电压适应范围窄、体积大、效率低、安全系数差等问题. 来源:输配电设备网

  3 自然平衡充电器

    针对以上铅酸蓄电池充电存在的普遍问题,长沙宇恒电子有限公司对铅酸蓄电池充电器进行了长时间的深入研究,以自己独特的方法和巧妙的设计,生产出新的充电器系列产品,解决了铅酸蓄电池充电存在的复杂技术问题,通过多年实验证实,大大提高了铅酸蓄电池的使用寿命.(该技术已申请专利)

  现在简要介绍一下蓄电池充电新法 —— 自然平衡充电法.

  何为蓄电池充电的自然平衡法?请看图 1 所示蓄电池充电的连接简图.

图1 自然平衡充电原理简示图

    图1中有二个电源EA 、EB ,当电源EA与电源EB处在同一环境温度下,正极和正极相连接,负极与负极相连接,在它们所形成的闭合电路中,存在着如下的关系,如果 EA 高出 EB , EA 将向 EB 提供 EA - EB=ΔE 的电压,同时将按 ΔE 的大小,提供一 Δi 电流向电源 EB 流通和灌注,当 EB 吸收 EA 提供的 Δi 电流,使 EB 上升到完全等于 EA 时(在蓄电池中表现为,蓄电池端电压的上升和电荷存储量的增加),电源 EA 将停止向电源 EB 提供电流,也就是 EA=EB , ΔE=0 , Δi=0 .

    在上面描述中,我们把 EB 换成被充电的蓄电池,算出在不同放电深度与环境温度下,蓄电池对应的电压.将 EA 精心设计成不同环境温度下,能按蓄电池充电平衡需要,自动调节输出电压和电流的电源,与之对应连接.完全理想化的情况下,电源 EA 能根据蓄电池在任一环境温度下,能够接受的电流,对电池进行充电,电池充足电后, ΔE=0 , Δi=0 , EA 电源将不再消耗功率,此后, EA 只随环境温度的变化,对被充蓄电池提供跟踪平衡补偿,由于蓄电池充电的整个过程完全是自动完成的,所以我们称之为自然平衡法.

    此方法完全理想化的情况是:蓄电池在充足电后, EA 与被充电的蓄电池 EB 之间的电压差 ΔE=0 ,自然也就 Δi=0 ,由于 EA 无功率供给蓄电池( EB ),所以蓄电池电解液不可能产生沸腾,也不可能使蓄电池内电解液中的水分解,更不可能使蓄电池内的压力和温度升高,产生安全隐患.因此,该方法提供给蓄电池的是既不会使蓄电池过充电,也不会使蓄电池充电不足,而是更方便,更安全,更可靠的充电.

    从上面的分析中,我们不难看出,该方法特别适合免维护与少维护铅酸蓄电池的维护性充电,更能适应那些间歇性放电使用的蓄电池日常维护充电,有利于提高蓄电池日常使用中的可靠性,提高蓄电池的使用寿命.

  最后介绍一下按自然平衡充电法研制的一款适用于摩托车12V铅酸蓄电池用智能充电器的主要技术指标:

  1 )可充电池12V4 ~ 10Ah;

  2 )适应输入电源为交流 100 ~ 240V,直流120 ~ 370V ;

  3 )重量 ≤100g ;体积 60mm ×35mm×30mm ;

  4 )适用环境温度- 10 ~ 45℃ .

  4 )结语

  影响铅酸蓄电池使用寿命的原因不外乎两个方面:

  1 )铅酸蓄电池在环境温度变化时对其充电设备有苛刻要求.由于过去的充电设备在设计上的缺陷,因此影响了蓄电池的正常使用寿命.
  2 )铅酸蓄电池放电后,由于过去充电设备的使用不方便,致使用户不能及时给电池补充电,其造成的伤害是使电池的寿命大为缩短.

    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.由此可见,一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用.