1.1.8 蓄電池的充電

蓄電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，將充電電源的電能轉(zhuǎn)換為蓄電池化學(xué)能的過程稱為充電。為使蓄電池保持一定容量和延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

1.充電方法

蓄電池的充電應(yīng)根據(jù)不同情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ⒄_使用充電設(shè)備，才能提高工作效率，延長(zhǎng)蓄電池及充電設(shè)備的壽命。蓄電池的充電方法通常有定電流充電、定電壓充電和快速脈沖充電。

（1）定電流充電法。在充電過程中，使充電電流保持恒定的充電方法稱為定電流充電法。定電流充電電路和充電特性如圖1-25所示。

由Ic=（Uc-E）/R可知，在充電過程中，隨著蓄電池電動(dòng)勢(shì)的升高，必須相應(yīng)提高充電電壓，才能保持充電電流的恒定。在充電的第一階段，用較大的電流進(jìn)行定電流充電，當(dāng)單格電池電壓上升到2.4V時(shí)，電解液中開始出現(xiàn)較多的氣泡，這時(shí)應(yīng)將充電電流減小一半轉(zhuǎn)入第二階段定電流充電，直至蓄電池完全充足電。由于第二階段充電電流較小，既可減小極板活性物質(zhì)的脫落，又能保證蓄電池完全充足電。

定電流充電法的優(yōu)點(diǎn)是：充電電流具有較大的適應(yīng)性，可以任意選擇充電電流的大小。當(dāng)不同容量的蓄電池串聯(lián)在一起充電時(shí)，可按容量最小者選擇電流，當(dāng)小容量蓄電池充足電后，可將此蓄電池及時(shí)去除，再繼續(xù)給大容量蓄電池充電。

定電流充電有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，該方法適用于初充電、補(bǔ)充充電和去硫化充電等。其缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，且需要經(jīng)常調(diào)節(jié)充電電流。

（2）定電壓充電法。在充電過程中，將充電電壓始終保持恒定的充電方法稱為定電壓充電法。目前汽車上的電源系統(tǒng)及許多充電設(shè)備均采用此法。

在定電壓充電過程中，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)E與充電電流Ic的關(guān)系如圖1-26所示。

在充電初期，由于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)較低，充電電壓與電動(dòng)勢(shì)的差值較大，充電電流較大，電動(dòng)勢(shì)上升也較快；隨著充電時(shí)間增長(zhǎng)，充電電壓與電動(dòng)勢(shì)之差值逐漸減小，充電電流隨之減小；當(dāng)電動(dòng)勢(shì)升至充電電壓時(shí)，充電電壓與電動(dòng)勢(shì)之差為零，充電電流也減小到零，充電將自動(dòng)停止。

定電壓充電法的優(yōu)點(diǎn)是：充電效率高，充電（4～5）h即可獲得蓄電池80%以上的容量，大大縮短了充電時(shí)間；充電電流能隨電動(dòng)勢(shì)的增大而逐漸減少至零，如果充電電壓選擇合適，不會(huì)發(fā)生過充電；此外，定電壓充電法可對(duì)多對(duì)同電壓的蓄電池進(jìn)行并聯(lián)充電。

采用定電壓充電法充電時(shí)，如果充電電壓選擇過低，則充電電壓與電動(dòng)勢(shì)之差值減小，只需較短時(shí)間就可出現(xiàn)充電電流為零的現(xiàn)象，在此情況下，蓄電池不可能充足電，長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致蓄電池長(zhǎng)期虧電而產(chǎn)生硫化，使用壽命大大縮短。如果充電電壓過高，即使在蓄電池充足電后，也還有一定充電電流繼續(xù)充電，其結(jié)果導(dǎo)致過量充電。因此，應(yīng)用定電壓充電法充電時(shí)，其充電電壓一般為每單格電池大約需2.5V，即12V電池需要的充電電壓約為15V。

（3）快速脈沖充電法。快速脈沖充電的電流波形如圖1-27所示。其特點(diǎn)是先用0.8～1倍額定容量的大電流進(jìn)行定電流充電，使蓄電池在短時(shí)間內(nèi)充電至額定容量的50%～60%。當(dāng)蓄電池單格電壓升到2.4V時(shí)，由控制電路控制，開始進(jìn)行脈沖充電，即先停止充電（25～40）ms（稱前停充），接著再放電或反充電，使蓄電池反向通過一個(gè)較大的脈沖電流[脈沖深度為充電電流的1～3倍，脈沖寬度為（100～150）ms]，然后再停止充電25ms （稱后停充）。以后的充電一直按正脈沖充電—→前停充—→負(fù)脈沖瞬間放電—→后停充—→正脈沖充電的循環(huán)過程進(jìn)行，直至充足。

快速脈沖充電的特點(diǎn)如下：

①充電時(shí)間縮短。常規(guī)充電，補(bǔ)充充電約需（13～16）h，采用快速脈沖充電，補(bǔ)充充電大約需要1h。

②可增加蓄電池容量，提高起動(dòng)性能。由于快速脈沖充電能夠消除極化，充電時(shí)化學(xué)反應(yīng)充分，加深了反應(yīng)深度，因此使蓄電池容量增加，提高了起動(dòng)性能。

③去硫化顯著。一般去硫化充電費(fèi)時(shí)且麻煩，而快速脈沖充電只需（4～5）h，且效果良好。

④出氣率高。采用快速脈沖充電，蓄電池析出氣體的總量雖然減小，但其出氣率高，只是對(duì)極板活性物質(zhì)的沖刷力強(qiáng)，活性物質(zhì)易脫落，蓄電池的使用壽命受到一定的影響。

2.充電工藝

按充電用途不同，蓄電池充電工藝可分為初充電、補(bǔ)充充電、去硫化充電等。

（1）初充電。初充電是指新蓄電池或更換極板的蓄電池在使用前的首次充電，目的是恢復(fù)蓄電池在存放期間極板上緩慢硫化和自放電而失去的電量。

初充電操作步驟如下：

①按蓄電池制造廠的規(guī)定和本地區(qū)的氣溫條件，加注一定密度的電解液。

操作時(shí)應(yīng)注意：注入電解液的溫度不能超過30℃，加入電解液后應(yīng)靜置（4～6）h，以使極板浸透；若液面因電解液滲入極板而下降，則應(yīng)補(bǔ)充到高出極板上沿15mm。

②將蓄電池的正、負(fù)極分別與充電機(jī)的正、負(fù)極相連。

③采用定電流充電法對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，充電過程通常分為兩個(gè)階段進(jìn)行。在第一階段充電電流約為額定容量的1/15，充至電解液開始冒氣泡，單格電壓達(dá)2.4V時(shí)，將電流減半，此階段充電時(shí)間約為（20～30）h。然后將充電電流減小一半，轉(zhuǎn)入第二階段進(jìn)行充電。在第二階段，約每小時(shí)測(cè)量三次電解液密度和電壓，直到它們不再上升，且待所有的電解槽都開始沸騰時(shí)，停止充電，此時(shí)充足電的電解液密度應(yīng)為（1.24～1.28）g/cm3（具體應(yīng)視情況而定），蓄電池電動(dòng)勢(shì)為（15.6～16.2）V。

④充好電的蓄電池應(yīng)檢查電解液的密度，如不符合規(guī)定，應(yīng)用蒸餾水或1.4g/cm3稀硫酸將其調(diào)整到規(guī)定值，調(diào)整后，再充電2h，直至電解液的密度符合規(guī)定為止，然后調(diào)整液面高度至規(guī)定位置。

⑤充電完畢后，將蓄電池加液孔蓋擰緊，并清潔其表面，即可待用。

（2）補(bǔ)充充電。在汽車上使用的蓄電池，經(jīng)常有充電不足的現(xiàn)象發(fā)生，若發(fā)現(xiàn)有下列現(xiàn)象之一，應(yīng)對(duì)蓄電池放電程度進(jìn)行檢查，以便進(jìn)行補(bǔ)充充電。

①電解液相對(duì)密度下降至1.20g/cm3以下（用密度汁測(cè)量）。

②單格電池電壓下降至1.75V以下。

③燈光暗淡，起動(dòng)無力，喇叭沙啞。

④冬季放電超過額定容量的25%，夏季放電超過額定容量的50%。

補(bǔ)充充電的操作步驟如下：

①清潔蓄電池，將液面高度調(diào)整至高出隔板或護(hù)網(wǎng)15mm位置或與蓄電池殼體上的上平面線平齊。當(dāng)液面過低時(shí)，只需補(bǔ)充蒸餾水。

②選擇補(bǔ)充充電電流：第一階段充電電流為Qe/10；第二階段充電電流為Qe/20。

蓄電池的容量不同，充電電流大小也不相同。同一充電支路中各串聯(lián)蓄電池的容量不同時(shí)，應(yīng)按容量最小者選擇充電電流。當(dāng)小容量蓄電池充足電后，應(yīng)隨即摘除，再繼續(xù)給大容量蓄電池充電，這樣既能保證各蓄電池都能充足電，又能避免小容量蓄電池過量充電。

③連接蓄電池時(shí)，先連接串聯(lián)支路，再將各支路并聯(lián)連接，最后將蓄電池充電支路的正極與充電機(jī)正極相連，將充電支路的負(fù)極與充電機(jī)負(fù)極相接。

在操作中應(yīng)注意：若需補(bǔ)充充電的蓄電池?cái)?shù)目較多，可根據(jù)充電設(shè)備的額定電壓和額定電流選擇一定數(shù)量的蓄電池同時(shí)充電。

根據(jù)充電機(jī)的額定電流和第一階段充電電流確定蓄電池并聯(lián)支路數(shù)：i=IR/IC。

IR為充電設(shè)備的額定電流；IC為蓄電池第一階段的充電電流。

根據(jù)充電機(jī)的額定電壓UR和單格蓄電池充足電時(shí)的電壓（為了保證蓄電池充足電，單格電壓按2.75V計(jì)算），確定每條充電支路上串聯(lián)蓄電池的只數(shù)：m=UR/2.75×6=UR/16.5。

當(dāng)一條充電支路中串聯(lián)蓄電池的只數(shù)大于m時(shí)，由于充電機(jī)電壓不足，蓄電池不能充足電。當(dāng)有兩條或兩條以上并聯(lián)支路同時(shí)充電時(shí)，各支路串聯(lián)蓄電池的單格電池總數(shù)必須相等，否則會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)單格電池總數(shù)少的蓄電池過量充電。

④接通充電電路進(jìn)行充電。在充電過程中，每隔（2～3）h應(yīng)測(cè)量一次蓄電池的充電電壓、電解液的相對(duì)密度和溫度。當(dāng)單格電壓達(dá)到2.4V時(shí)，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)入第二階段充電，直到充足電為止。當(dāng)電解液溫度上升到40℃時(shí)，應(yīng)將充電電流減半。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到45℃時(shí)，應(yīng)暫停充電，待溫度降到低于40℃后，方可繼續(xù)充電。

⑤充電結(jié)束30min后測(cè)量電解液的相對(duì)密度值，如果不符合規(guī)定要求，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。相對(duì)密度偏低時(shí)應(yīng)補(bǔ)充密度為1.40g/cm3的稀硫酸；反之應(yīng)補(bǔ)充蒸餾水。

調(diào)整電解液的相對(duì)密度之后，需再充電2h，然后再次檢查電解液的相對(duì)密度是否符合規(guī)定。各單格電池之間的相對(duì)密度之差不得超過0.01。

（3）循環(huán)鍛煉充電。蓄電池在使用過程中經(jīng)常處于部分放電的狀態(tài)，參加化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)有限，為迫使相當(dāng)于額定容量的活性物質(zhì)都能參加工作，以避免活性物質(zhì)由于長(zhǎng)期不參與化學(xué)反應(yīng)而收縮，每隔一段時(shí)間（如3個(gè)月）應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行一次循環(huán)鍛煉充電。充電方法是先用補(bǔ)充充電法將蓄電池充足電，然后以20h放電率放完電，再用補(bǔ)充充電法充足電。

（4）去硫化充電。鉛蓄電池發(fā)生硫化故障后，其內(nèi)電阻將顯著增大，充電時(shí)溫度升高也較快。硫化程度較輕時(shí)可以用去硫化充電法消除硫化，硫化嚴(yán)重的鉛蓄電池只能報(bào)廢。

去硫化充電的工藝如下：

①倒出電解液，加入蒸餾水沖洗兩次后，再加入蒸餾水；

②用初充電的電流進(jìn)行充電，當(dāng)密度上升到1.15g/cm3時(shí)，倒出電解液，再加蒸餾水繼續(xù)充電，直至密度不再上升；

③再以20h放電率放電，放電至蓄電池電壓降到1.75V時(shí)，再進(jìn)行上述充電過程。反復(fù)進(jìn)行，直至輸出容量達(dá)到額定容量的80%以上，即可使用。