2.5 阀控密封式铅酸蓄电池的充电控制技术及温度补偿技术

2.5.1 阀控密封式铅酸蓄电池的充电控制技术

阀控密封式铅酸蓄电池生产厂提供的保证使用寿命的技术指标是在环境温度为25℃下给出的，由于单体阀控密封式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个单体阀控密封式铅酸蓄电池串联组成的12V阀控密封式铅酸蓄电池组，在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。同时阀控密封式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，将导致阀控密封式铅酸蓄电池的热失控和过充损坏。当充电电压比要求电压低100mV时，又将使阀控密封式铅酸蓄电池充电不足，也会导致阀控密封式铅酸蓄电池损坏。另外，阀控密封式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%，所以要求在阀控密封式铅酸蓄电池的使用中，在夏季阀控密封式铅酸蓄电池放出额定容量的50%后，冬季放出25%后就应及时充电。

显然，日常使用中的阀控密封式铅酸蓄电池不可能长期处在25℃的环境中，因此目前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充电器，以恒压或恒流方式对阀控密封式铅酸蓄电池进行的充电，无法达到阀控密封式铅酸蓄电池补充充电所需要满足的严格技术要求。纵观过去所采用的给蓄电池充电的方法，以及根据这些方法开发的蓄电池充电器，不难看出，其技术是不够完善的，用这些产品给阀控密封式铅酸蓄电池充电，势必直接影响阀控密封式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。

1.自然平衡充电器

自然平衡充电原理简图如图2-5所示，在图2-5中有两个电源E_A、E_B，当电源E_A与电源E_B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E_A高出E_B，E_A与E_B间的电压应为E_A-E_B=ΔE，此时将按ΔE的大小，有-Δi电流由电源E_A流向电源E_B，当E_B吸收E_A提供的Δi电流，使E_B上升到完全等于E_A时（在阀控密封式铅酸蓄电池中表现为，阀控密封式铅酸蓄电池端电压的上升和电荷存储量的增加），电源E_A将停止向电源E_B提供电流，也就是E_A=E_B，ΔE=0，Δi=0。

图2-5 自然平衡充电原理简图

在上述描述中，把E_B换成被充电的阀控密封式铅酸蓄电池，算出在不同放电深度与环境温度下，阀控密封式铅酸蓄电池对应的电压。将E_A精心设计成不同环境温度下，能按阀控密封式铅酸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。在完全理想化的情况下，电源E_A能根据阀控密封式铅酸蓄电池在任一环境温度下，能够接受的电流，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充足电后，ΔE=0，Δi=0，E_A电源将不再消耗功率，此后，E_A只随环境温度的变化，对阀控密封式铅酸蓄电池提供跟踪平衡充电，由于整个充电过程完全是自动完成的，所以称之为自然平衡法。

此方法在完全理想化的情况下：阀控密封式铅酸蓄电池在充足电后，E_A与被充电的阀控密封式铅酸蓄电池E_B之间的电压差ΔE=0，自然也就有Δi=0，由于E_A无功率供给阀控密封式铅酸蓄电池（E_B），所以阀控密封式铅酸蓄电池的电解液不可能产生沸腾，也不可能使阀控密封式铅酸蓄电池内电解液中的水分解，更不可能使阀控密封式铅酸蓄电池内的压力和温度升高，产生安全隐患。因此，该方法既不会使阀控密封式铅酸蓄电池过充电，也不会使阀控密封式铅酸蓄电池充电不足，而是更方便、更安全、更可靠地充电。

从上面的分析中，不难看出，该方法特别适合阀控密封式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阀控密封式铅酸蓄电池的日常维护充电，采用自然平衡法有利于提高阀控密封式铅酸蓄电池日常使用中的可靠性及使用寿命。

2.充电控制

目前，国内大部分充电器仍采用主充、涓充、浮充三阶段充电法对阀控密封式铅酸蓄电池充电。三阶段充电控制包括从放电状态到充电状态的自动转换，充电程序判断及停充控制等方面，三阶段充电法在各阶段的控制方法有：

1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或CPU控制转换时刻。

2）设定转换点的充电电流或阀控密封式铅酸蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，即自动转换。

3）采用积分电路在线监测阀控密封式铅酸蓄电池的容量，当容量达到一定值时，则发信号改变充电阶段。

在上述方法中，时间控制比较简单，但这种方法缺乏来自阀控密封式铅酸蓄电池的实时信息，控制比较粗略；容量监控方法控制电路比较复杂，但控制精度较高。

3.充电程度判断

在对阀控密封式铅酸蓄电池进行充电时，必须随时判断阀控密封式铅酸蓄电池的充电程度，以便控制充电电流的大小。判断充电程度的主要方法有：

1）观察阀控密封式铅酸蓄电池去极化后的端电压变化。一般来说，在充电初始阶段，阀控密封式铅酸蓄电池端电压的变化率很小；在充电的中间阶段，阀控密封式铅酸蓄电池端电压的变化率很大；在充电末期，端电压的变化率极小。因此，通过观测单位时间内端电压的变化情况，就可判断阀控密封式铅酸蓄电池所处的充电阶段。

2）检测阀控密封式铅酸蓄电池的实际容量值，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度。

3）检测阀控密封式铅酸蓄电池端电压，当阀控密封式铅酸蓄电池端电压与其额定值相差较大时，说明处于充电初期；当两者差值很小时，说明已接近充满。

4.停充控制

当阀控密封式铅酸蓄电池充满电后，必须适时地切断充电电流，否则阀控密封式铅酸蓄电池将出现大量析气、失水和温升等过充反应，直接危及阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命。因此，必须随时监测阀控密封式铅酸蓄电池的充电状况，保证阀控密封式铅酸蓄电池充满电而又不过充电。主要的停充控制方法有：

1）定时控制。在采用恒流充电法时，阀控密封式铅酸蓄电池所需的充电时间可根据阀控密封式铅酸蓄电池容量和充电电流的大小很容易地确定，因此只要预先设定好充电时间，一旦时间一到，定时器即可发出信号停充或降为浮充电。定时器可由时间继电器或单片机承担其功能。这种方法简单，但充电时间不能根据阀控密封式铅酸蓄电池充电状态自动调整，因此在实际充电时，可能会出现有时欠充、有时过充的现象。

2）温度控制。阀控密封式铅酸蓄电池的温度在正常充电时，温度变化并不明显，但是，当阀控密封式铅酸蓄电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板上的氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几个摄氏度）。因此，观察阀控密封式铅酸蓄电池温度的变化，即可判断阀控密封式铅酸蓄电池是否已经充满。通常采用两只热敏电阻分别检测阀控密封式铅酸蓄电池温度和环境温度，当两者温差达到一定值时，即发出停充信号。由于热敏电阻动态响应速度较慢，故不能及时准确地检测到阀控密封式铅酸蓄电池的满充状态。

3）阀控密封式铅酸蓄电池端电压负增量控制。阀控密封式铅酸蓄电池在充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此可将阀控密封式铅酸蓄电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。与温度控制法相比，这种方法响应速度快，此外，电压的负增量与电压的绝对值无关，因此这种停充控制方法可适应具有不同单格阀控密封式铅酸蓄电池组充电。此方法的缺点是：一般的检测器灵敏度和可靠性不高，同时，当环境温度较高时，阀控密封式铅酸蓄电池充足电后电压的减小并不明显，因而难以控制。

4）极化电压控制。通常情况下阀控密封式铅酸蓄电池的极化电压出现在阀控密封式铅酸蓄电池刚好充满后，一般在50～100mV数量级，采用相关检测技术来测量每个单格阀控密封式铅酸蓄电池的极化电压，这样就使每个阀控密封式铅酸蓄电池都可充电到它本身所要求的程度。研究表明，由于每个阀控密封式铅酸蓄电池在几何结构、化学性质及电学特性等方面至少存在一些轻微的差别，那么根据每个单格阀控密封式铅酸蓄电池的特性，来确定它所要求的充电程度，会比把阀控密封式铅酸蓄电池组作为一个整体来控制的方法更加合适一些。这种方法的优点表现在：

1）不需温度补偿。

2）阀控密封式铅酸蓄电池不需连续浮充电，可减少阀控密封式铅酸蓄电池连线间的腐蚀。

3）不同型号和使用情况不同的阀控密封式铅酸蓄电池可构成一组使用。

4）可以随意添加阀控密封式铅酸蓄电池，以便扩容。

5）可使阀控密封式铅酸蓄电池的使用寿命接近或达到设计寿命。

阀控密封式铅酸蓄电池充电技术的改进，有利于缩短充电时间、提高利用效率、延长使用寿命、降低能耗、减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。根据阀控密封式铅酸蓄电池可接受充电电流曲线，只要采用适当方法对阀控密封式铅酸蓄电池实行去极化，实现阀控密封式铅酸蓄电池的快速充电是可能的。研究表明，脉冲充电、脉冲放电去极化充电法是一种较好的快速充电方法，而实现这一方法的最佳装置是高频开关充电器。

阀控密封式铅酸蓄电池的充放电时间、充放电速度、充放电程度，会对阀控密封式铅酸蓄电池的充电效率和使用寿命产生严重影响，因此在对阀控密封式铅酸蓄电池进行充放电时，必须把握以下原则：

1）避免阀控密封式铅酸蓄电池充电过量或充电不足，过充会使阀控密封式铅酸蓄电池内部温升过大、析气率上升，导致正极板损坏，从而影响阀控密封式铅酸蓄电池的稳定性乃至寿命；欠充电会使负极板硫化，导致阀控密封式铅酸蓄电池内阻增大，容量降低，因此一定要控制好阀控密封式铅酸蓄电池的充电程度。

2）控制放电电流值。阀控密封式铅酸蓄电池放电电流越大，再充电时可接受的初始充电电流值也越大，有助于提高再充电的速度。但是，阀控密封式铅酸蓄电池放电电流流经内阻时，产生的热量会引起温度上升，因而放电电流不宜过大。

3）避免深度放电。根据阀控密封式铅酸蓄电池充电电流接受比第一定律，对于任意给定的放电电流来说，阀控密封式铅酸蓄电池充电电流接受比与它已放出的电荷量的二次方根成反比，因此放电深度越大，阀控密封式铅酸蓄电池放出的电量越多，阀控密封式铅酸蓄电池可接受的充电电流就越小，这将减慢阀控密封式铅酸蓄电池的充电速度。

4）注意环境温度的影响。阀控密封式铅酸蓄电池的放电电量随环境温度的降低而减小，因此在不同的环境温度下，应该掌握不同的放电速度和放电程度。