VRLA电池快速充电技术研究.doc

VRLA电池快速充电技术研究交流与探讨VRLA电池快速充电技术研究VRLA电池快速充电技术研究张磊,魏晓斌,张光,谢楠(徐州空军学院四站系,江苏徐州221006)摘要:快速充电方法的研究可以缩短蓄电池电池补充充电的时间,在分析极化产生的基础上,介绍了脉冲快速充电方法,列出了充电实例.关键词:阀控式铅酸蓄电池;脉冲充电;循环寿命中图分类号:TM910.6文献标识码:A文章编号:10060847(2007)04017004Studyonthefast-chargingtechnologyforVRLAbatteriesZHANGLei,WEIXiao-bin,ZHANGGuang,XIENan(DepartmentofAirFourStations,XuzhouAirForceCollege,XuzhouJiangshu22woChina)Abstract:Theresearchforfast-chargingmethodcanshortentheboostchargetimeofthebauery.Basedontheanalysisforpolarizingformation,thisarticleintroducesthepulsefastchargingmethod,andshowsthechargingexamplesusingthismethod.Keywords:valve-regulatedlead-acidbattery;pulsecharging;cyclelife1引言目前,常规充电方式分为定流充电法,定压充电法和浮充充电法,通常蓄电池完成一次初充电需要60h左右的时间,就是补充充电也需要将近20h.由于充电的时间太长,给使用带来不便,成为制约电动车和其它用电设备发展的瓶颈1.实践证明,单纯加大充电电流来缩短充电时间是不可行的,因为这样充电,不仅蓄电池达不到额定容量,反而会使蓄电池温升加快,产生大量气泡,造成活性物质脱落而影响其循环寿命.本文着重介绍了高效去极化脉冲快速充电法,并通过试验对脉冲充电进行了验证.2快速充电的理论依据铅酸蓄电池的充,放电是一个复杂的过程,其复杂性表现在三个方面2.1)多变量.影响的因素多,诸如电解液的浓度,极板活性物质的活度,环境温度等.2)非线性.一般说,可接受充电电流在充电过收稿日期:20070701程中随时问成指数规律下降,不可能用恒流或恒压获得.3)离散性.即使是同一类型,相同容量的电池,随着各自使用时放电的历史状态不同,可接受充电电流也有很大的不同.1967年美国人J.A.MAS(马斯)以最低析气率为前提,提出了蓄电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电电流曲线圄.如图1所示,其方程为:i=,0e式中H壬意时刻t时蓄电池可接受的充电电流;最大初始,可接受充电电流;一电池充电电流的接受比.电流图1蓄电池充电接受特性曲线时间170ChineseLABATManNo.4,2007VRLA电池快速充电技术研究交流与探讨从图1可以看出:蓄电池可接受的初始充电电流很大,但是衰减很快,主要原因是充电过程中极板产生了极化现象.在蓄电池充电过程中,内部产生氧气和氢气,当氧气不能被及时吸收时,便堆积在正格板处(正极板产生氧气),使电池内部压力加大,电池温度上升,同时缩小了正极板的面积,表现为内阻上升,出现所谓的极化现象.J.A.MS指出,在充电过程中,超过这一充电接受曲线的任何充电电流,不仅不能提高充电速率,而且会增加析气量,小于此接受曲线的充电电流,便是蓄电池的存储充电电流,此时只产生微量析气,而不会对电池造成伤害.J.A.MAS同时指出,通过瞬时大电流放电,可以使蓄电池的可接受电流曲线不断右移,从而大大提高充电速度和效率,缩短充电时间,这就是快速充电的基本理论依据.快速充电方法的充电电流如图2所示,其中曲线0为蓄电池在深放电时的充电电流可接受曲线,也称为蓄电池的固有接受充电电流曲线;曲线1,2,3,4均为充电一段时间后,适时负脉冲放电后蓄电池所能接受的充电电流曲线.显然这些曲线较曲线0有所右移,表明其充电接受能力增强.由多边形OABCDEFGHUK所围的面积(图2中阴影部分)再电s;IL(A)减去负脉冲放电时放出的电量(由于放电时间非常短,可忽略不计),所得就是蓄电池的充电量41.A?:BG曲线2曲线曲线34,/fI如f3t4,晶线0曲线1图2适时负脉冲去极化的可接受充电电流曲线3脉冲去极化快速充电法的控制策略及实现脉冲去极化快速充电法将充电电流分成3个等级,开始充电电流值较大(约1C),随着蓄电池容量的增加,端电压升高,当蓄电池中单格电压达到2.35V即停止第一级充电.进人二,三级别的充电过程中,在保持充电电流脉冲周期不变的前提下,使充电电流的脉冲幅度随蓄电池端电压的升高而分级减小,采用这种方法可以有效地消除充电后期造成的振荡现象及过充问题51.图3脉冲快速充电法电流波形图脉冲充电电流的波形中图3所示.当第一个正脉冲结束后,首先停止充电B(25ms一40ms),称为前停歇,此阶段可以去除全部欧姆极化和部分浓差极化;接着再放电或反充电,使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流,脉冲宽度为c(25200ms),脉冲幅值为25倍的充电电流,可以进一步消除浓差极化;然后再停止放电D(25ms),称后停歇.以后的过程为:正脉冲充电_前停歇_负脉冲瞬间放蓄电池2007年第4期171交流与探讨VRLA电池快速充电技术研究电一后停歇一再正脉冲充电,如此循环,直至蓄电池充满为止.如前所述,新型充电方法不采用阶段恒流充电,而是采用脉冲去极化快速充电.充电过程中随着电解液浓度的升高,端电压也不断升高且极化分布情况也随之变化,极化中的欧姆压降与充电电流之间满足欧姆定律,而浓差极化在接近析气时明显增大,必须予以及时消除才可继续快速充电.因此,在充电过程中获取蓄电池的极化电压大小,由其决定去极化脉冲宽度和下一阶段充电电流的给定值大小,则将能真正实现无伤害的高效,快速充电.4铅酸蓄电池的充电实验结果为了找出快速高效的充电方法,验证不同充电方式的充电时问和效率,利用上述实验装置在实验室分两个起动用HDK一182型铅酸蓄电池组(深循环十次以上)进行了充,放电实验.所采用的实验方案是:先用普通充电方法对蓄电池进行充电;静止0.5h后,确保电解液温度降至室温20,由KF一15型放电器对蓄电池进行恒流放电(26A),当蓄电池单格电压为1.7V时放电终止,根据放电时间计算出蓄电池的放电量.4.1两阶段恒流充电实验为了详细记录出各个阶段蓄电池充人的电量,试验中采取了如下方法:首先给蓄电池充电1h,静止0.5h以上,然后放电至终止电压(单格电压为1.7V);静止0.5h以上,再充2h,静止0.5h以上,放电至终止电压;静止0.5h小时,再充3h,静止0.5h以上,放电至终止电压;静止0.5h以上,再充电4h,放电至终止电压;以此类推,直至蓄电池充满为止.按照传统的两阶段恒流充电,第一阶段充电电流为26A,第二阶段的充电电流为13A,所测端电压为充电时的电池组的端电压.实验的目的是对现行的两阶段恒流充电进行验证,以便与后面所提出的快速高效充电方法进行比较,两阶段恒流充电试验结果如表1所示.表1两阶段恒流充电试验结果南表1可见,在两阶段恒流充电中,消耗电量Q一=26X8+13X6=286Ah,实际放电量为Q一一=174Ah,放充比为60.84%,温升21.6oC.4.2高效去极化脉冲充电实验高效去极化脉冲充电方案:初始充电时,用170A电流充电2min之后,前停歇25ms,接着用300A电流负脉冲放电50ms,后停歇25Ills,如此循环充电直至充到单格电压达到2.35V时转入第二级充电;第二级充电时,用60A电流充电2min之后,前停歇25Ills,接着用100A电流负脉冲放电50ms,后停歇25Ills,如此循环充电直至单格电压达到2.49V时转入第三级充电;第三级充电时,用10A电流充电lrain后,前停歇50Ills,接着用20A电流负脉冲放电100ms,后停歇50ms,如此循环充电直至充满.其实验数据如表2表示.172ChineseLABATManNo.4.2007VRLA电池快速充电技术研究交流与探讨由表2可见,去极化充电法消耗电量Q=170x1.2+60x0.6+10x1=250Ah,实际放电量为Q一=172Ah,放充电比为68.8%,温升20.7.瞬间放电时损失的能量较小,可以忽略不计.5结语快速充电方法建立在蓄电池充电接受特性曲线和马斯三定律基础上,利用高效脉冲去极化充电法充电.新的快速充电法可减少蓄电池充电过程中的温升,有效避免了蓄电池的压力效应,极大地缩短充电时问.最后对两种充电法进行了实验对比,进一步验证了快速脉冲充电方法优势.参考文献:1EDWARDSDB,DAYTONTc.Improvingtheperfomanceofahighpowerleal-acidbatterywithpasteadditivesA.InternationalConferenceonLead-acidBulgatesBulgaria.Sofia1999:208-226.E.D.Sexton.R.F.Nelson.Lifeprdeictinforvalveregularedlead-acidbatteriesfromearlyeurrent-voltagedatalC.ProceedingsoftheAnnualBatteryConferenceonApplicationsandAdvances2001:166199.张维戈,姜久春等.功力蓄电池微机控制充放电装置的研制J.北方交通大学,1998(6):101104.刘玉杰,姜印平等.关于快速脉冲充电技术的研究J.蓄电池,2004(2):7174.王源.电动汽车用动力铅酸电池快速充电技术研究D哈尔滨工业大学,20063341.(上接第149页)2.4.3自放电因素,夏季电动自行车用VRLA电池使用的环境温度较高,自放电加速,失水量加大,成为电池热失控的高发时段.3结论3.1长期85%DoD循环,蓄电池容量会因极板钝化问题而衰减.3.2经过多次全放电循环,极板钝化可消除,蓄电池组的容量基本恢复.3-3添加剂M可提高充电接受能力,提高容量,降低不均衡率,减缓容量衰减.3.4蓄电池失水的问题普遍存在,是长寿命电池失效的主要原因.3.5采用合适的循环模式,可以减少失水,相对延长使用寿命.参考文献:1吴寿松.论电动自行车用蓄电池的改进J.蓄电池,2003(2):6062.2胡鹏飞等.电动自行车用铅布铅酸蓄电池的研究J.电池,