2.4 阀控密封式铅酸蓄电池的充放电控制技术

2.4.1 阀控密封式铅酸蓄电池的充电方式

阀控密封式铅酸蓄电池的充电方式有：浮充充电、均衡充电、补充电和循环充电等多种方式。为了延长阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命，必须了解不同充电方式的充电特点和充电要求，严格按照要求对阀控密封式铅酸蓄电池进行充电。

阀控密封式铅酸蓄电池的充电方式按阀控密封式铅酸蓄电池两端电压、电流的控制方式的不同，可分成恒压限流式；恒流式；两阶段恒压式（在充电初期设定为高电压并限制阀控密封式铅酸蓄电池的最大充电电流，当阀控密封式铅酸蓄电池电压达到设定值时，系统将充电电压切换至低电压直至充电结束，此时充电不限流）；半恒流充电式（充电电流随着被充电的阀控密封式铅酸蓄电池端电压的上升而下降，但下降趋势较缓慢，电流曲线部分呈平坦趋势，类似于恒流充电曲线，故称半恒流充电）等4种主要的充电方式。

1.初充电

阀控密封式铅酸蓄电池的初充电是由制造厂在产品出厂前完成，现阶段阀控密封式铅酸蓄电池的初充电有以下几种方式：

1）串联充电。采用高电压、小电流充电器，一般来讲，充电器的输出电压为300～450V，电流输出5～30A，电流可控制，每只阀控密封式铅酸蓄电池充入的电量可控制，可放电检测阀控密封式铅酸蓄电池容量，剔除故障阀控密封式铅酸蓄电池，现生产厂家普遍采用这种方法。

2）并联充电。充电器为低电压、大电流，每只阀控密封式铅酸蓄电池的电流与阀控密封式铅酸蓄电池的充电状态和内阻有关。不能计算每个阀控密封式铅酸蓄电池充入的电量。并联充电控制量是充电电压，目前几乎无生产厂家采用并联充电方式。

3）串联并联混合充电。一般采用先串联后并联的方式，充电器通常输出电压为150V，电流30～100A，单只阀控密封式铅酸蓄电池无电压、电流控制，可分组放电检查，现有不少厂家采用这种方式。

4）单只阀控密封式铅酸蓄电池充电。可准确地进行充、放电，能控制电流、电压，能将每只阀控密封式铅酸蓄电池进行分级、挑选，通常在测试上使用。

5）模块并联充电。每个模块可充64只阀控密封式铅酸蓄电池，每台充电器可充700多只阀控密封式铅酸蓄电池，在一个模块中1只或多只故障不影响其他阀控密封式铅酸蓄电池充电，可进行恒压、恒流控制，保证阀控密封式铅酸蓄电池不会过充，还能检查容量和进行阀控密封式铅酸蓄电池分级，这将是今后的发展方向。

2.浮充充电

浮充电流除了要维持阀控密封式铅酸蓄电池的自放电以外，还应维持阀控密封式铅酸蓄电池内的氧循环。浮充电流的数值除了与阀控密封式铅酸蓄电池的本身特征有关外，主要由阀控密封式铅酸蓄电池运行时的浮充电压所决定。

阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压与其使用寿命之间有着密切的关系，总的趋势是：在同一温度下工作，浮充电压越高，使用寿命越短。例如：华达公司生产的GFM系列产品，在环境温度为25℃、浮充电压为2.23V/单体，其设计浮充寿命是23年；同样温度下，浮充电压提高为2.30V/单体，其设计浮充寿命降为14年，降低了40%。因此，该公司推荐的浮充电压为2.23V/单体（标准温度下）。

不同厂家的产品，推荐的浮充电压值可能不同；就是同一厂家的不同系列产品，推荐的浮充电压值也可能不同。例如，曲阜圣阳公司的XM系列和GM系列阀控密封式铅酸蓄电池，XM系列推荐的浮充电压为2.275V/单体，GM系列推荐的2.23V/单体，均为标准温度下。美国圣帝公司的阀控密封式铅酸蓄电池的电解液比重为1.240g/cm³，所以它推荐浮充电压为2.19V。日本YUASA公司的产品推荐的浮充电压为2.23V。这就说明，阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压值要参考厂家对产品推荐的数值来确定，同时要选用稳压性能良好的充电器，使浮充电压稳定在阀控密封式铅酸蓄电池长寿区工作，否则，将会影响阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命。

为了使浮充电运行的阀控密封式铅酸蓄电池即不欠充电，也不过充电，在阀控密封式铅酸蓄电池投入运行之前，必须为其设计浮充状态下的充电电压和充电电流。而实际运行时，还需要根据环境温度的变化来调整浮充电压，通常的调节系数为4mV/℃。就是说，当环境温度是35℃时，每一单体的浮充电压应降低40mV，若充电电压是48V（24个单体），则总的浮充电压应降低960mV。此时，若对浮充电压不进行调整，必将引起阀控密封式铅酸蓄电池过充电和过热而导致恶性循环，恶性循环的结果是使用寿命降低、甚至损坏。

但绝不是说有了浮充电压的调节系数，阀控密封式铅酸蓄电池就可以在任意环境温度下使用。要知道，温度低时，由于浮充电压增大，同样会引起浮充电流增大，板栅腐蚀加速，寿命提前终止等一系列的问题；而温度过高时，浮充电压减小，也会形成阀控密封式铅酸蓄电池欠充电的一系列问题。

阀控密封式铅酸蓄电池在浮充使用时，若电压和电流设置较低时，因此析气和板珊腐蚀均不严重，大多数浮充均采用恒压浮充，每单体设置一般为2.20～2.27V。对阀控密封式铅酸蓄电池组来说，浮充时各单体阀控密封式铅酸蓄电池的电压是不相同的，饱和度高的阀控密封式铅酸蓄电池处于较高电压而析出气体，饱和度低的阀控密封式铅酸蓄电池由于氧化合的去氧化作用而处于较低电压，这些阀控密封式铅酸蓄电池的负极有不能完全充电的危险。浮充一段时间后。各单体阀控密封式铅酸蓄电池的电压将逐渐均衡，但阀控密封式铅酸蓄电池的放电结果可能不尽人意。

假若提高浮充电压的设定值，将缩短阀控密封式铅酸蓄电池寿命，若阀控密封式铅酸蓄电池处于高温环境下，还可能发生热失控的危险。最好的方法是：

1）脱离用电设备充电，若有两组阀控密封式铅酸蓄电池，则对阀控密封式铅酸蓄电池组进行交替充电。即对一组阀控密封式铅酸蓄电池进行短期充电，一般采用2.6V/单体的充电电压，在保证阀控密封式铅酸蓄电池组各单体充电均衡后，静止一段时间后，再进行浮充。

2）采用均衡充电，将阀控密封式铅酸蓄电池组进行放电，采用2.35V/单体进行均衡充电一段时间后，转入浮充。

阀控密封式铅酸蓄电池在线式浮充供电方式和后备式浮充供电方式是不同的，后备式是正常情况下有市电时负载由市电供电，阀控密封式铅酸蓄电池由整流器浮充电；当市电停供时，负载由阀控密封式铅酸蓄电池供电。在线式浮充供电方式的不同在于：正常有市电时，整流器输出直流电，一方面给负载供电，另一方面还给阀控密封式铅酸蓄电池浮充电；市电停，则负载由阀控密封式铅酸蓄电池供电。

在线式供电的阀控密封式铅酸蓄电池由于市电电压的变化，或者负载电流的变化，都可能使阀控密封式铅酸蓄电池有时处于放电状态，有时处于充电状态，有充有放，与后备式一直处于浮充状态相比较，有利于提高阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命。

在通信电源系统中，为确保直流电源不间断，一般都采用开关整流器（充电器）与阀控密封式铅酸蓄电池组并联的浮充电使用方式。在浮充状态下，充电电流主要用于阀控密封式铅酸蓄电池因自放电而损失的容量，但在浮充状态下的充电电流又是与浮充电压密切相关的。因而为了使阀控密封式铅酸蓄电池有较长的浮充使用寿命，在阀控密封式铅酸蓄电池使用过程中，要充分结合阀控密封式铅酸蓄电池制造的原材料及结构特点和环境温度等各方面的情况，制定阀控密封式铅酸蓄电池合理的使用条件，尤其是浮充电压的设定。

另外，在通信电源系统中，有一些开关整流器不进行均衡充电的设置。这样，如果阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压设置正常或偏低，事故放电后来不及补充电会形成不可逆的硫酸盐化；如果阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压设置偏高，阀控密封式铅酸蓄电池在正常浮充使用时会有过充电的问题，同样影响阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命。

3.均衡充电

所谓均衡充电是把每只阀控密封式铅酸蓄电池并联起来，用统一的充电电压进行充电。如果阀控密封式铅酸蓄电池组在浮充电过程中存在落后的阀控密封式铅酸蓄电池（单体电压低于2.20V，相对于2V阀控密封式铅酸蓄电池），或阀控密封式铅酸蓄电池长期工作在浮充电状态（3个月），都要进行一次均衡充电。在均衡充电过程中，其单体阀控密封式铅酸蓄电池电压控制在2.35V，均衡充电时间为6～8h（注意，一次均衡充电时间不宜太长），均衡充电结束后，在对阀控密封式铅酸蓄电池进行浮充电，并观察落后阀控密封式铅酸蓄电池电压变化，如电压仍未恢复到要求值，相隔二周后再均衡充电一次。一般情况下，新的阀控密封式铅酸蓄电池组经过6个月浮充、均充后，其电压会趋于一致。均衡充电电流一般选0.3C或略小于0.3C。额定电压为12V的阀控密封式铅酸蓄电池，均衡充电电压一般选14.5V。在《电信电源维护规程》中规定，阀控密封式铅酸蓄电池遇到下列情况之一时，应进行均衡充电：

1）两只以上单体阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压低于2.18V；

2）放电深度超过20%；

3）闲置不用的时间超过3个月；

4）全浮充时间超过3个月。

充电电压的设置也要根据阀控密封式铅酸蓄电池的结构特点和环境温度来确定，环境温度为25℃时，单体阀控密封式铅酸蓄电池的均衡充电电流应小于0.25C10（C10为阀控密封式铅酸蓄电池10h率的放电容量）。通常，环境温度每升高1℃，单体阀控密封式铅酸蓄电池的均衡充电电压应下降4mV。需要注意的是：在按规定对阀控密封式铅酸蓄电池进行均衡充电时，除了充电电压重要以外，均衡充电时间的设置也很重要。为了延长阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命，必须根据均衡充电的电压和电流，精确地设置均衡充电时间。也就是说，在均衡充电过程中，当充电电流连续3小时不变时，必须立即转入浮充电状态，否则，将会严重过充电而影响阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命。

4.循环充电

在循环应用领域，阀控密封式铅酸蓄电池都采用薄极板设计来提高比能量和大电流性能。对于薄极板的阀控密封式铅酸蓄电池最好的充电方式是：脉冲和电流递减方式充电。脉冲方式可在短时间内以高输入电流快速充满，具有很小的过充；电流递减方式具有同样的优点，大电流快速充电的关键是复合过程，提供足够的电流并控制此过程，当阀控密封式铅酸蓄电池老化时，复合效率越来越剧烈，但极板薄、表面积大、极板间距小、充电效率高。

5.充电限流

阀控密封式铅酸蓄电池放电后，初期充电电流过大，产生的热量可能会把板栅竖筋、汇流条、端子等熔断，使正极板活性物质PbO₂颗粒之间的结合松弛、软化、甚至脱落，严重者会引发热失控，使阀控密封式铅酸蓄电池变形、开裂而失效，所以需要对充电电流值加以限定。充电限流设定方式有：

1）关机限流，需要限流时关掉若干充电模块。

2）有级设定，限制模块的输出电流可以在额定电流的1/3档或2/3档选择。

3）局部无级设定，可在模块额定电流的50%～100%段选择限流点。

4）无级设定，可在模块额定电流的0%～100%段选择限流点。

几种限流设定方式其技术先进性次序为：4）优于3）优于2）优于1）。