探析密封鉛酸蓄電池的充放電特

1 電池的放電特性

電池的放電特性是一族曲線。在一定的環(huán)境溫度下(為25℃),隨放電電流的不同,電池端電壓與放電時(shí)間的關(guān)系稱為放電曲線。由放電曲線可以看出如下特性:

(1)放電時(shí)間最長的曲線,放電時(shí)間為10小時(shí),電流恒定,我們稱之為10小時(shí)放電率曲線,由此測定的電池容量用C10表示

C10=6A×10h=60Ah

如果用1小時(shí)恒流放電來測定這同一只電池,則

C1=41.9A×1h=41.9Ah

由此可見電池的容量是在標(biāo)定了放電制式之后才是一個(gè)可比的確定值。

(2)無論放電電流大小,在放電的初始階段都會使端電壓下降較多,然后略有回升的現(xiàn)象,這是因?yàn)殡姵貜某潆姞顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹姞顟B(tài)的瞬間,電池極板附近的電荷快速釋放出來,而離極板較遠(yuǎn)的電荷需要逐漸運(yùn)送到極板附近,然后才能釋放出來,這個(gè)過程形成了電池端電壓有較大的低谷。

(3)無論放電電流大小,電池端電壓最終將出現(xiàn)急劇下降的拐點(diǎn),以這些曲線的拐點(diǎn)連接得到的曲線就稱為安全工作時(shí)的終止電壓曲線,UPS的電池電壓工作終點(diǎn)都是設(shè)計(jì)在這條拐點(diǎn)曲線附近的。拐點(diǎn)之后的曲線具有電壓急劇下降的趨勢,直到放電曲線的終點(diǎn),這些終點(diǎn)連接得到的曲線稱為最小終止電壓曲線,它表示放電電壓低于此曲線后將造成電池的永久性失效,即電池不能再恢復(fù)儲電能力。由此可見UPS中設(shè)計(jì)有防止電池深度放電的保護(hù)功能是極為必要的。

2 UPS電池的充電特性

電池的充電特性曲線也是在25℃溫度下測量和標(biāo)度的。充電曲線通常有三條:

(1)充電電流曲線:在充電開始階段,充電電流是一個(gè)恒定值,隨著充電時(shí)間的推移,充電電流逐漸下降,并最終趨于0。這是由于在放電過程中,電池內(nèi)的電荷大量流失,由放電轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姇r(shí),電荷的增長速度較快,化學(xué)反應(yīng)將產(chǎn)生大量的氣體和熱量,對于密封電池來說,即使通過安全閥可以將氣體和熱量排放掉,但氫離子和水將同時(shí)損失掉,使電池的儲能下降,因此必須限定充電的電流值,隨著電池容量的恢復(fù),充電電流將自動下降。充電電流下降10mA/Ah以下時(shí)即認(rèn)為電池已基本充滿,轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)。電池放電越深,則恒流充電的時(shí)間越長,反之則較短。

(2)充電電壓曲線:在電池恒流充電階段,電池的電壓始終是上升的,因此有時(shí)又稱為升壓充電。當(dāng)恒流充電結(jié)束時(shí),電池的電壓基本保持不變,稱為恒壓充電。在恒壓充電階段,電池的電流逐漸減小,并最終趨于0,結(jié)束恒壓充電階段,轉(zhuǎn)入浮充電,以保持電池的儲能,防止電池的自放電。

(3)充電容量曲線:在恒流充電階段,電池的容量基本呈線性增長;在恒壓充電階段,容量增長的速度減慢;恒壓充電結(jié)束后,容量基本恢復(fù)到100%大約需要24小時(shí)左右;轉(zhuǎn)入浮充電后,容量基本不再明顯增長。由充電曲線還可以看到一組虛線,是電池放電50%后的充電特性,與100%放電后的充電特性相比,恒流充電時(shí)間明顯縮短,恒壓充電9小時(shí)左右,容量基本恢復(fù)到100%。

由以上可知:

①恒流充電是為了恢復(fù)電池的電壓;

②恒壓充電是為了恢復(fù)電池的儲能;

③浮充電是為了抑制電池的自放電或保持儲能。

UPS設(shè)計(jì)的電池放電容量通常為50%～70%額定容量,一般放電后最好連續(xù)充電24小時(shí)。無論50%放電還是100%放電,恒流充電都是0.1C10(6A),恒壓充電都是6.75V(2.25V/cell),這是在25℃環(huán)境溫度下進(jìn)行的。如果溫度上升,則充電電壓必須下降;否則電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)會加強(qiáng),產(chǎn)生大量的氣體,使電池內(nèi)的壓力增加,并經(jīng)減壓閥將氣體釋放,使電池內(nèi)的電解液減少,將造成電池的提早老化,減少電池的使用壽命。許多品牌UPS正是根據(jù)這一原理,設(shè)計(jì)了浮充電壓隨溫度而變化的功能,以優(yōu)化電池的使用壽命。