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      正文詳情

      鉛酸蓄電池壽命設計技術局限性

      1 引言
        
        盡管當今鉛酸蓄電池在結構設計與使用原材料方面比過去有了很大的改進,性能有了相當大的提高,許多設計和用料精良的免維護鉛酸蓄電池浮充使用的理論壽命為15~20年以上,但真正能在使用中達到如此壽命的電池恐怕是少之又少。拿汽車與摩托車廣泛使用的干荷電少維護起動用鉛酸蓄電池來說,設計使用壽命為4~5年以上,通過調查發現,很少能達到以上水平,大部份幾個月至一年就夭折了,究其原因,我們認為有以下幾點:
        
        1)充電設備的設計不夠完善,使用也不方便。
        
        2)鉛酸蓄電池放電后得不到及時的補充充電,特別是過放電對電池造成致命之傷。
        
        3)少數廠家的產品質量低劣,以次充好。
        
        以上原因,我們認為2)、3)從技術上講是比較容易預防和做好的,唯1)牽涉比較難以解決的技術問題,下面著重談談這方面存在的問題。
        
       2 蓄電池的充電技術要求
        
        廠家提供的鉛酸蓄電池保證使用壽命的技術指標是在環境溫度為25℃下給出的。由于單體鉛酸蓄電池電壓具有溫度每上升1℃下降約4mv的特性,那么一個由6個單體電池串聯組成的12V蓄電池,25℃時的浮充電壓為13.5V;當環境溫度降為0℃時,浮充電壓應為14.1V;當環境溫度升至40℃時,浮充電壓應為13.14V。同時鉛酸蓄電池還有一個特性,當環境溫度一定,充電電壓比要求的電壓高100mv,充電電流將增大數倍,因此,將導致電池的熱失控和過充損壞。當充電電壓比要求電壓低100mv時,又將使電池充電不足,也會導致電池損壞。另外鉛酸蓄電池的容量也和溫度有關,大約是溫度每降低1℃,容量將下降1%,所以廠家要求鉛酸蓄電池的使用者在夏天電池放出額定容量的50%后,冬天放出25%后就應及時充電。
        
        顯然,日常使用中的鉛酸蓄電池不可能長期處在25℃的環境中,一日中尚有早、中、晚的溫差變化,更何況一年中還有春、夏、秋、冬四季更大的溫差,因此目前市面上普遍使用的各種晶閘管整流型、變壓器降壓整流型、以及一般的開關穩壓電源型的鉛酸蓄電池充電器,以恒壓或恒流方式對電池進行的充電,是無法達到鉛酸蓄電池補充充電所需要滿足的嚴格技術要求的??v觀過去所采用的這些對鉛酸蓄電池充電的方法,以及根據這些方法開發的鉛酸蓄電池充電器,我們不難看出,其技術是不夠完善的,用這些產品給鉛酸蓄電池充電,勢必直接影響鉛酸蓄電池的使用壽命,同時這些充電器還存在著工作電壓適應范圍窄、體積大、效率低、安全系數差等問題。


        圖1 自然平衡充電原理簡示圖

      3 自然平衡充電器
        
        針對以上鉛酸蓄電池充電存在的普遍問題,長沙宇恒電子有限公司對鉛酸蓄電池充電器進行了長時間的深入研究,以自己獨特的方法和巧妙的設計,生產出新的充電器系列產品,解決了鉛酸蓄電池充電存在的復雜技術問題,通過多年實驗證實,大大提高了鉛酸蓄電池的使用壽命。(該技術已申請專利)
        
        現在簡要介紹一下蓄電池充電新法——自然平衡充電法。何為蓄電池充電的自然平衡法?請看圖1所示蓄電池充電的連接簡圖。
        
        圖1中有二個電源EA、EB,當電源EA與電源EB處在同一環境溫度下,正極和正極相連接,負極與負極相連接,在它們所形成的閉合電路中,存在著如下的關系,如果EA高出EB,EA將向EB提供EA-EB=ΔE的電壓,同時將按ΔE的大小,提供一Δi電流向電源EB流通和灌注,當EB吸收EA提供的Δi電流,使EB上升到完全等于EA時(在蓄電池中表現為,蓄電池端電壓的上升和電荷存儲量的增加),電源EA將停止向電源EB提供電流,也就是EA=EB,ΔE=0,Δi=0。
        
        在上面描述中,我們把EB換成被充電的蓄電池,算出在不同放電深度與環境溫度下,蓄電池對應的電壓。將EA精心設計成不同環境溫度下,能按蓄電池充電平衡需要,自動調節輸出電壓和電流的電源,與之對應連接。完全理想化的情況下,電源EA能根據蓄電池在任一環境溫度下,能夠接受的電流,對電池進行充電,電池充足電后,ΔE=0,Δi=0,EA電源將不再消耗功率,此后,EA只隨環境溫度的變化,對被充蓄電池提供跟蹤平衡補償,由于蓄電池充電的整個過程完全是自動完成的,所以我們稱之為自然平衡法。
        
        此方法完全理想化的情況是:蓄電池在充足電后,EA與被充電的蓄電池EB之間的電壓差ΔE=0,自然也就Δi=0,由于EA無功率供給蓄電池(EB),所以蓄電池電解液不可能產生沸騰,也不可能使蓄電池內電解液中的水分解,更不可能使蓄電池內的壓力和溫度升高,產生安全隱患。因此,該方法提供給蓄電池的是既不會使蓄電池過充電,也不會使蓄電池充電不足,而是更方便,更安全,更可靠的充電。
        
        從上面的分析中,我們不難看出,該方法特別適合免維護與少維護鉛酸蓄電池的維護性充電,更能適應那些間歇性放電使用的蓄電池日常維護充電,有利于提高蓄電池日常使用中的可靠性,提高蓄電池的使用壽命。
        
        最后介紹一下按自然平衡充電法研制的一款適用于摩托車12V鉛酸蓄電池用智能充電器的主要技術指標:
        
        1)可充電池12V4~10Ah;
        
        2)適應輸入電源為交流100~240V,直流120~370V;
        
        3)重量≤100g;體積60mm&TImes;35mm&TImes;30mm;
        
        4)適用環境溫度-10~45℃。
        
        4 結語
        
        影響鉛酸蓄電池使用壽命的原因不外乎兩個方面:
        
        1)鉛酸蓄電池在環境溫度變化時對其充電設備有苛刻要求。由于過去的充電設備在設計上的缺陷,因此影響了蓄電池的正常使用壽命。
        
        2)鉛酸蓄電池放電后,由于過去充電設備的使用不方便,致使用戶不能及時給電池補充電,其造成的傷害是使電池的壽命大為縮短。

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