电动车用铅酸电池特性----與充電方法

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1 免维护蓄电池特性

(1) 免保养
过充电时，水电解产生气体。其气体被极板所吸收并还原成电解液，所以电池是免保养。

(2) 可做任何方位的摆置，因为所产生的气体可自行吸收而不使电解液漏出
无电解液溢出可使用於各种场合，因为电解液被极板及隔离板所吸附，而无游离状之电解液，所以在正常操作下，过充所产生之气体并不会散出，可以做任何方位的摆置，并可用於家庭、办公室中。

(3) 安全设施
异常过充电及错误之充电方式，均会产生大量之气体。本电池具有安全塞之装置，防止电池内压过大，并将气体排出电池外。


(4) 长期放置後经补充电即可使用
使用铅钙合金格子体之电池，在自行放电率上要比以往使用铅锑合金少1/3至1/4，所以它能长期保存。

(5) 高性能铅酸电池
内部阻抗低，高率放电性能良好，可应用於各种用途。基本应用包括循环使用(含重覆之充电及放电)和浮充使用(平常於充饱电状态，必要时可提供电力)。

(6) 经济上之效益
在100%放电之循环使用中，可达260次或更多。在浮充使用可达三年以上寿命。本电池为免保养，具有小形、轻量化、高性能，可降低电力装置所需之费用(室温∶20oC至 25oC)。

　

2. 应用

目前电子系统产品迅速发展，通信系统(VAN, LAN及INS)快速与手提式机器、OA机器、FA机器结合。

在太阳能变电系统中亦引进此型之电池，免维护蓄电池最主要是在提供紧急之电源及储存电能。一般主要设计用於循环使用及浮充使用。

产品应用

(1) 循环使用

可携式电视、录放影机、收音机等等
电动工具、割草机、吸尘器
电动自行车、电动机车
摄影及摄影器材
可携式个人电脑、文字处理机、可携式终端机等等
手提式量测器
手提式电话机
各种电动玩具
照明器材

(2) 浮充使用

通信及电力机器
紧急照明器材
防火、保全系统
各种测距仪器
办公室电脑、微电脑处理机及OA设备
机械人、控制机器及FA设备
UPS不断电电源
变、发电所之紧急电源系统
电信系统

(3) 太阳能变电使用

街灯、时钟
抽水马达
手提式电源
小城市之电源

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结构与 密闭原理

(1)阳板及阴板
阳板及阴板是由铅钙合金所作成之格子体再加上活化物质所构成。
(2) 隔离板
是一种以玻璃纤维所组成之玻璃纤维布，具有高度之抗氧化性及耐热性，而在电池内更具有高度之电解液吸收力及保液能力，且能满足离子之传导性。
(3) 安全塞
在电池因不当的使用或过充电的结果，会导致电池内部压力不正常的提高，此时安全塞会打开，使过多的气体释出电池，内部压力回复正常。
(4) 电槽及中盖
主要为ABS或PP塑胶材质，具有足够之强度及耐酸性，也是为免除电池电解液及气体之漏出




充放电反应可以下面方程式来表示∶
阳极    电解液     阴极    放电    阳极    电解液     阴极
PbO2 + H2SO4 + Pb  + →
←  + PbSO4 + H2O + PbSO4
二氧化铅    硫酸    海棉状铅    充电    硫酸铅    水    硫酸铅


以往，在电池经充电完成後再过充电时，会导致电解液内部之水进行水解。而水解的结果会在阳极部分产生氧气，而在阴极处产生氢气，而这些气体会被释放出，进而造成电池内部电解液减少，而需要随时补充水份。
免维护蓄电池被设计成在充饱时阴板不会为完全充满，以至於没有氢气发生。阳板则为完全充饱，所以有氧气发生。此时由阳极所产生之氧气会与阴极之海棉状之铅反应转变成一氧化铅，而此时生成之一氧化铅会与电解液内之硫酸反应再转变成硫酸铅，而允许阴板部份放电。换句话说，由阳极所产生之氧气并不释出电池外部，直接由阴板吸收了氧气，所以始终有一部份是未充电的，且阴板从未发生氢气。以上为此类密闭式电池避免水份散失之基本原理。
此密闭原理可以下面方程式来表示∶
阴极板(充电)    从阳极板产生氧气体       阴极板
Pb  + 1/2 O2 ────→ (PbO)
海棉状铅    氧气       氧化铅
电解液    阴极板(充电) 电解液    ↓
H2O  + PbSO4 ←───  H2SO4 + (PbO)
水    硫酸铅 硫酸    氧化铅 筣  





4. 充电方式

4.1 通则
选择适当的充电方式须依造免维护蓄电池的应用及条件来达到满充状态。有效方式有：半定电流充电方式、定电流充电方式、定电压充电方式和两阶段式定电压方式。半定电压和定电压方式是循环使用中常用的充电方式。定电压充电方式是浮充使用中的常用方式。半定电流充电是用於长期储存的电池补充充电的常用方式。至於两阶段式定电压充电方式是用於VRLA电池快速充电的。
关於充电方式和他们的特点见表4[/url]。



表4：密闭式铅酸蓄电池充电方式和特点
充电方式 循环使用 浮充使用 补充电 特性图
半定电流充电(简单方式)  可短时间内充电 因为充电电流很难控制，易产生过充电 成本低  不适用 可短时间内充电 适於联接的电池充电，为防止过充电，需控制时间  图15  
定电流充电 同上 设计上需有保护电路，防止过充电 成本高  不适用 以控制时间来补充与放电相同的容量  图16  
定电压充电(定电流)(定电压)  正确的充电方式 一般充电需很长时间 设定正确电压、电流可以快速充电，在最後阶段需防止过充。 成本适中。  •正确的充电方式
•充电电压不精确可能导致过充电或未饱和充电
•对於深度放电後的充电时间较长
•成本适中
•在指定条件下可给串联的电池充电
•成本适中
图17  
两阶段式定电压充电 •可快速充电
•成本高
可短时间内充电，即使是深度放电情况 成本高   图18  


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4.2充电方式

(1) 半定电流充电方式(简单方式)
此种方式，操作简便，广泛适用於循环使用之电池。
充电器由变压器、二极体、电阻组成的，这些元件中产生的阻抗来确保充电电流不过充电。

因为它结构简单，所以制造成本较低。

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图15显示了充电特性。
以这种方式，在充电过程中，电池电压上升则充电电流会下降。在此有一个问题，当电池在充电最後阶段仍以较大电流充电会造成过充现象，注意避免超出充电时间规定。

(2) 定电流充电方式
此方式，充电时间和充电量很容易计算，但需要一个昂贵的电路来进行精确计算定电流，因此，此方式并不常用。

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(3) 定电压充电方式(定电流、定电压充电方式)
此方式是以定电压来提供电池一定电压的方式。此方式利用与电池不同的电压来对电池充电。充电电流最初很大，逐渐减小至它充电结束。它需要根据蓄电池充电和温度特性来设置充电电压。电压不准确将导致过充电或充电不饱和。
大容量充电单位，刚开始会有大电流，这将导致成本的增高。
限制初始电流的定电流定电压充电方式广泛应用於循环和浮充使用的蓄电池。
图17为定电流定电压的充电特性。在图16中，有一相对於充电电压的温度补偿电路来保证环境温度变化下，最适宜的条件。

(4) 两阶段式定电压充电方式此方式有两个定电压装置。此装置最初设定高端电压，当充电与上升的电池电压至指定值时(充电电流下降)。第二装置以较低电流充电达到所设定的电压，此方式在循环使用期间可快速充电，即使长时间充电也不会发生过充电。此方式也允许用於浮充使用。

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充电

A. 浮充使用


1.充电电池定电压为2.275V/cell(25oC)。当环境温度低於5oC或高於35oC时，需依温度补偿系数调整充电电压，温度系数为-3.3mV/oC cell

最初充电电流应在0.3CA或更少，(C表公称容量，A表安培)

            2.  建议在5oC－35oC环境温度下充电，以防止影响其正常寿命。

B.循环使用



1.保持缓和定电压或在2.45V/cell(25oC)定电压充电。当环境温度低於5oC或高於35oC时，需依温度补偿系数调整充电电压，温度系数为-5mV/oC cell
2.最初充电电流为0.3CA或更少。
3.当充电完成时，为避免过充电，建议使用时间控制器停止充电或恒压降至2.275V/cell(25oC)
4.建议环境温度在5oC－35oC之间充电，以防止影响电池正常寿命。  

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使用前


储存和补充电

1.在储存期间，电池容量会因自放电而减少，将电池置於阴凉乾燥处。当月平均温度超过25oC(30oC以下)，每隔3个月需补充电一次，当月平均温度低於25oC时，每隔6个月需补充电一次。

2.在使用储存电池前先进行补充电。

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放电


1.持续放电和最大放电电流(5秒)不要超过表中规定的数值。
2.放电终止电压和放电电流见表5，从未放电的电压和电流应少於表中的数值。反覆过度放电有损电池使用寿命。
3.放电後，立即回充电池，不要储存已放电後的电池。如果已放电的电池长时间未充电，将无法回充至原有容量。

表5
放电电流(A)
放电终止电压(V/Cell)

0.2C＞(A)
1.75

0.2C≤(A)＜0.5
1.70

0.5C≤(A)＜1.0C
1.55

(A)≥1.0
1.30