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實現蓄電池快速充電的技術途徑

2014/10/20 10:38:22  電源在線網

    1.改進電池設計降低歐姆內阻 

    按照ALABC規定的快速充電目標,若要求100Ah起動用鉛蓄電池在5min內將電池容量由20%充至50%,即充入電量為 100×(0.5-0.2)=30Ah,則充電電流應不小于30÷(5÷60)=360A,即3.6 (A),此時電池歐姆降為360×6× =0.216V,電池電壓達到1.97+0.216+0.030+0.006=2.23V,未到析氣電壓,電池可以安全充電。水平式密封鉛蓄電池歐姆內阻更小,112Ah單格電池0.3mΩ ,則電池容量在5min內由20%充至50%需要充電電流為112×(0.5-0.2)÷(5÷60)=403A,用此電流充電時的電池歐姆降為 403×3× =0.121V,它比起動用電池要低。顯然,水平密封鉛蓄電池在充至析氣電壓時可以充入更多的電量,即它的快速充電性能更好。 

    我們以前的工作已經得到,鉛蓄電池若采用銅拉網負板柵,則會顯著地降低板冊電阻;這不僅有利于提高活性物質利用率和電池比功率,而且還改善了電池快速充電性能。看來采用銅拉網負板柵的鉛蓄電池會給電動車帶來很大好處。

    2.提高反應離子擴散速度

    這是為了提高鉛蓄電池的擴散電流密度,也就是推遲電池在充電過程中極限擴散電流出現的時間,即延遲電池電壓達到析氣電壓的時間,從而允許加大充電電流,快速充電。

    減薄極板厚度、增加活性物質孔率、增加板柵跟活性物質的接觸面積,這些措施均有利于反應物和生成物的擴散過程,減小濃差極化,提高了允許的充電電流值,實現快速充電。但從電池壽命考慮,極板也不能做得太薄。

    3.改革蓄電池的充電方法

    脈沖快速充電方法的理論基礎就是通過在充電電流中疊加一定頻率、寬度、高度的負脈沖或短時間的中停充電,使參加反應的 離子來得及生成并提高其濃度,又使生成的 和 離子來得及從電極表面附近移開,其綜合效果是降低了濃差極化,允許加大充電電流縮短充電時間。

    應當指出,鉛蓄電池在充電過程中端電壓是不斷升高的,也就是說在不同的充電階段蓄電池的極化分布情況是不同的,因而在設計脈沖充電裝置時,應當根據電池充電時允許達到的電壓值來自動調節充電電流和時間;同時還必須按照負脈沖放電過程中電池電壓下降值來自動調節負脈沖的寬度和高度。這樣雖然充電電流很大,但由于適時地有效地采取了降低濃差極化的措施,蓄電池電壓上升就慢,使蓄電池充入更多的電量。目前開發的智能化充電裝置就是考慮到這些情況后進行設計的。

    4.快速充電對電池壽命的影響

    大電流快速充電對電池壽命的影響是好還是壞眾論紛紜;出現這種不同的看法不足為怪。這首先是由于電池壽命不是一致的,在我們的試驗中觀察到,即使是從生產線上同時制取的一批電池,其循環壽命甚至可相差1倍;再者,長時期的壽命試驗過程中,很難保證各批電池的試驗條件完全一致。雖然一般認為大電流充電會縮短電池壽命,但在文獻中卻報道了在有適當冷卻的情況下,閥控式密封鉛蓄電池的循環壽命卻因大電流充電而有改善。

    我們的試驗表明,在保持電池充電電壓低于析氣電壓的條件下,大電流快速充電并沒有給電池壽命帶來不利影響。電動車電池在使用過程中,可以不必每次充電都充至額定容量的100%,但每隔一星期(最好不超過半個月)應將電池充足電。尤其在不使用電動車時,更應當將電池充足電后保存。這樣會有利于延長電池的使用壽命。

    結論

    (1)鉛蓄電池價格便宜,且壽命長,電池本身又在不斷更新和發展,因而近期內它仍然是電動車的切實可行的動力源。 

    (2)電池歐姆內阻是大電流充電時引起電池電壓升高的主要因素;必須改進電池結構降低內阻方可滿足電動車對電池快速充電的要求。 

    (3)采用脈沖充電和智能化充電裝置,有利于降低濃差極化,提高充電效率。

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