师圣君
（太原航空仪表有限公司 030006）
摘要：本文介绍了铅酸蓄电池的一般结构、工作原理、充电特性、充电模式和控制方法，分析了常规充电和快速充电的优缺点，以及各个模式的过程分析。提出了一种新型的单片机控制的充电技术。
关键词：铅酸蓄电池；智能充电器设计；充电模式；充电方法
要想实现电动自行车用铅酸蓄电池充电器的智能化，有效的延长铅酸蓄电池的使用寿命，首先要就必须了解铅酸蓄电池的基本知识。本文主要介绍铅酸蓄电池的基本知识及其应用方面的问题，并根据铅酸蓄电池的常规充电方法和快速充电方法的特点，提出一种新的充电技术。
1铅酸蓄电池的基本结构
铅酸蓄电池主要由极板、隔板、电池槽等组成：
1.极板。铅酸蓄电池的正极板一般采用铅钙镉合金、低锑合金材料合金制成，负极板一般采用铅钙合金制成。铅酸蓄电池的充放电过程就是靠正、负极板上的活性物质和电解液之间的电化学反应来实现。正极板为二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极板为海绵状纯铅（Pb），呈青灰色
2.隔板。为了增大铅酸蓄电池的容量，蓄电池的正、负极均采用多片极板组成极板组放在电池槽内。隔板是夹在正、负极板之间的绝缘板，其作用是防止正、负极板的短路。隔板具有多孔性，以使电解液畅通无阻。隔板的种类有：木隔板、细孔塑料隔板、细孔橡胶隔板和玻璃纤维隔板等。
3.电池槽（壳体）。壳体一般用硬橡胶或塑料等耐酸材料制成。
4.电解液。铅酸蓄电池的电解液是由专用的硫酸和蒸馏水配制而成，其比重一般为1.24~1.285（15℃）
2铅酸蓄电池的电特性
2.1铅酸蓄电池的容量
电动自行车用铅酸蓄电池的容量（C），是指处于满充状态的铅酸蓄电池，在一定的条件下，通常电动自行车蓄电池采用5h率放电，放电到没有电量输出时，所输出的全部电量。输出的全部点量可以用安时（A?h）或者瓦时（W?h）来表示，一般情况下常用安时（A?h）来表示。但在采用安时表示铅酸蓄电池德容量时，并不是指铅酸蓄电池在放电时的放电电流是恒定不变的，相反，放电电流随着放电时间的变化而跟着变化。但在实际使用过程中，铅酸蓄电池的实际容量总是小于其理论容量。所以应用中蓄电池的实际容量总是低于理论容量的。
2.2铅酸蓄电池的充放电过程
蓄电池工作时，在正极板上生成二氧化铅，在负极板上生成海绵状铅，在电解液的作用下，正极和负极发生的反应均可为可逆反应。它可看成是一个多孔的铅负极（海绵状铅）和一个二氧化铅的正极，两电极都侵入硫酸水溶液中。
1.一般情况下，正极板比负极板的电极电势变化大，这是因为正极侧充、放电时，水的产生和消失，由于扩散缓慢，使得活性物质的表面硫酸浓度变化幅度较大，因而电极电势变化较大。
2.在充放电过程中，根据蓄电池的总反应可知，在放电时极板表面的硫酸消耗快，且生成H2O，而使电解液浓度降低，充电时极板表面硫酸生成较多，电解液浓度升高。而且不管铅酸蓄电池是充电还是放电，都会伴着有热效应。
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3.充电时，如果采用较大的电流进行充电，则蓄电池的端电压就会上升很快，到充电终止时，将会达到很高的电压。在充电过程中，虽然说用大电流进行充电可以加快蓄电池的充电速度，但在充电终止时，充入的大部分电能用于产生热和分解电解液的水分，如果长时间的充电，就会在充电的过程中造成很严重的能量浪费，而且电流的分布也越来越不均匀，将会使电流小的部位上的PbSO4不能完全充分的转化为PbO2或Pb,所以一般充电后期要用小电流对蓄电池进行充电。
3充电模式和充电方法
3.1充电模式
(一)常规充电
（1）恒流充电法
恒流充电法指采用恒定的充电电流进行充电的方法。恒流充电方法操作简单，易于实现，不管是从直流发电机还是硅整流装置中，都可以得到实现。但是随着蓄电池充电的进行，根据蓄电池的充放电特性，蓄电池的电动势是上升的，如果充电电路的输出电压不变，则充电电流将会下降。但如果要保持充电电流不变，要么在充电过程中提高充电电路的输出电压，要么减小与蓄电池串联的电阻阻值。并且在充电过程中，恒流充电电流的大小也是需要考虑的问题。
（2）恒压充电法
恒压充电法是指蓄电池充电电路的输出电压在整个充电过程中都保持一定数值不变的充电方法。对于完全放电的蓄电池，在恒压充电初期，蓄电池德充电电流会很大，远远超过了正常恒流充电流值。在充电过程中，随着蓄电池电动势的上升，充电电流会自动慢慢的减小。相对于恒流充电法，恒压充电法在充电过程中产生的气体就会少，能量的耗费会比恒流充电法低。
(二)快速充电
（1）脉冲充电法
脉冲充电法是一种新型的充电模式，也是目前应用最广泛的快速充电技术。是指在充电过程中，采用脉冲电流对蓄电池进行充电，中间会有短暂的停充，可以有效地去除极化现象。
（2）ReflexTM快速充电技术
ReflexTM快速充电技术是脉冲充电技术的再发展，它主要针对的对象是镍镉等具有记忆效应的蓄电池。但对铅酸蓄电池充电技术的研究和充电器的设计，也具有一定的借鉴作用。
（3）变电流间隙充电法
变电流间隙充电法是在恒流充电和脉冲充电的基础上建立起来的，也是恒流充电和脉冲充电的结合。在对铅酸蓄电池进行充电的初期，若采用变电流间歇充电，可以实现用大电流对铅酸蓄电池进行充电，这样蓄电池可以在较短的时间内充入较多的电量。对铅酸蓄电池充电的后期，若采用一点的电压值对铅酸蓄电池进行充电，可以将蓄电池的电量恢复至放电前得满充状态。在充电过程中通过间歇的停充，可以使蓄电池内部的活性物质重新进行化学反应，使极化现象得以消除，并能使蓄电池内部的温度将先来，使充电过程更加顺利的进行，从而可以有效地提高充电效率。
（三）常规充电和快速充电的比较
常规充电方法是自铅酸蓄电池诞生后，为适应铅酸蓄电池的应用需要而探索和研究的充电方法，因为是在没有充分认识到铅酸蓄电池充电规律的情况下提出的，所以难免会存在一些弊端和缺陷。但随着人们对蓄电池的技术和电子技术的增长，在常规充电技术基础上很快提出了蓄电池的快速充电技术，相对来讲，克服了常规充电的充电时间长、极化现象严重，温升过快等缺陷。
3.2控制方法
常用的充电控制方法有以下几种：
1.电流控制法。对于遵循最佳充电曲线的快速充电模式来讲，电流控制阀是最佳的充电控制方法。它可以通过气体检测元件对蓄电池析出气体的速率进行检测，当蓄电池内部产生的气体达到一定值时，气体检测元件参数变化，对充电线路发出控制信号，进而对充电电流实施控制。
2.2.电压控制法。电压控制法是利用在充电过程中检测到的蓄电池的最高电压来控制充电电压的方法。一般情况下，蓄电池电压达到最大值时，电池就充满电。在充电过程中，当电压达到规定值时，应立即停止快速充电。
3.温度控制法。温度控制法是利用温度传感器检测充电过程中蓄电池电解液的温度实施控制的一种方法铅酸蓄电池在充电过程中产生的热量与充电电流有关，随着充电的进行，蓄电池的电解液的温度会逐渐提高。当蓄电池的温度超过45℃时，应考虑停止充电。通常采用热敏电阻传感器对蓄电池的温度进行检测，但是由于热敏电阻在使用的过程中有一定的迟滞性，这会造成蓄电池充电控制过程的响应时间延后，会使得整个蓄电池充电时间延长。
论文作者:师圣君
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/24
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