1．引言

　　蓄電池是一種化學能和電能相互轉換的裝置，所以稱之為化學電池。它可以借助其它電源使反應逆向進行，是一種可逆電池，又稱為二次電池。隨著綠色能源和節能環保主題行動的發展，鉛酸蓄電池再次成為人們關注的焦點，作為一種技術成熟的二次能源，在未來的應用中，它將發揮不可替代的作用。

　　1859年普蘭特(G.plante)第一次發明了鉛酸蓄電池，至今已有一百多年的歷史。一百多年來，隨著科學技術的發展，蓄電池的工藝、結構不斷改善，性能不斷提高。尤其近年來，電動車的普及，極大地推動電池作為動力源應用的發展。

　　然而若使用不當，鉛酸蓄電池壽命將大大縮短。影響其壽命的因素很多。研究發現：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。采用正確的充電方法，不僅能提高蓄電池的效能，更能有效延長蓄電池的使用壽命。

　　本文主要介紹一種改進的脈沖充電方法，能保證有效地消除極化現象，減少極板硫酸鹽化，減少電池析氣，延長電池使用壽命。

　　2．充電方法介紹

　　蓄電池中化學能和電能相互轉換是可逆的，也就是充電過程和放電過程互為逆反應。其放電及充電的化學反應式如下：

　　很顯然，可逆過程就是熱力學的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態之下充電，必須盡量使通過電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動勢。但是，實踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數值才行,而這個數值又因為電極材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。在化學反應中，這種電動勢超過熱力學平衡值的現象，就是極化現象。一般來說，常規充電有以下三種。

　　3．常規充電方法

　　常規充電方法是依據1940年前國際公認的經驗法則設計的。其中最著名的就是“安培小時規則”：充電電流安培數不應超過蓄電池待充電的安時數。實際上，常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制。這個現象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。

　　上世紀60年代中期，美國科學家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受的充電曲線，如圖1所示。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了充電方法的研究方向。

圖1 最佳充電曲線

　　3.1恒流充電法

　　恒流充電法是在蓄電池充電過程中保持充電電流恒定的充電方法。優點是控制方法簡單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產生氣體，使析氣過多。一方面造成蒸餾水的流失，同時伴隨著電解液溫度升高；另一方面電解析出的氫氣也帶來了不安全因素。

　　3.2階段充電法

　　此方法包括二階段充電法和三階段充電法。

　　①二階段法采用恒流和恒壓相結合的充電方法。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恒電壓。

　　②三階段充電法在充電開始和結束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。

　　3.3恒壓充電法

　　充電器的電壓在全部充電時間里保持恒定的數值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統。

　　這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池損壞。另外充電機一般都是對串聯得蓄電池組進行充電，由于存在極化現象，長期對蓄電池進行恒壓充電容易造成各個蓄電池單體的端電壓不一致，所以需要不定期的對電池進行均衡充電。

　　4．脈沖充電方法

　　為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學反應速度，縮短蓄電池達到充足狀態的時間，同時保證蓄電池正負極板的極化現象盡量地輕，提高蓄電池充電效率。快速充電技術近年來得到了迅速發展。

　　脈沖充電也是圍繞著最佳充電曲線進行設計的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼近最佳充電曲線，而且盡量的消除蓄電池的極化現象。

　　4.1脈沖充電法介紹

　　脈沖充電法不僅遵循蓄電池的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發展。

　　脈沖充電概括起來有以下幾種：

　　（1）慢脈沖充電法

　　也叫間歇式脈沖充電。一個工作周期包括正向充電脈沖，停充間歇期兩個階段。其中停充間歇期主要用來消除極化現象。

　　（2）Reflex TM充電法

　　Reflex TM充電法的一個工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持3個階段。

　　（3）變電流間歇充電法

　　這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎上，其特點是將恒流充電階段改為限壓變電流間歇充電階段。

　　（4）變電壓間歇充電方法

　　在變電流間歇充電方法的基礎上又有人提出了變電壓間歇充電方法，只是改為了恒流限壓式變電壓充電。

　　（5）變電壓變電流波浪式間歇正負零脈沖快速充電法

　　下面我們將主要介紹一種改進的脈沖充電方法。

　　4.2改進式脈沖充電方法

　　這種充電方法建立在恒流恒壓充電和脈沖充電的基礎上。共分為三個階段：恒定電流充電，恒定電壓充電，脈沖充電。

　　充電初期采用標稱電流對蓄電池進行充電。在充電初期，此時充電接受率較大，用大電流可以使蓄電池進行充分反應，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，所以不宜進行太長時間，避免充電中后期電解液溫度太高，影響蓄電池的使用壽命。

　　當恒流充電使電池電壓達到一定值時，充電電流多用于電解水，不僅產生氣體，而且電解液溫度開始升高。此時轉為恒壓充電，由于此時蓄電池容量已經達到70%左右，加上對最大電流進行限流，最大程度上保證了充電過程更接近于最佳充電曲線。

　　隨著蓄電池容量的升高，其充電接受率在不斷下降，所以在恒壓充電階段充電電流是一直在下降的，當電流下降至一定值時，電池的容量已經接近85～90%，此時充電流程轉入第三階段，也就是脈沖充電階段。

　　在此階段我們采用變電流脈沖充電的方法，電流按照指數規律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進行逐漸下降的特點。采用高低不同電流脈沖來充分降低蓄電池的極化現象，是其能更充分的進行反應。另外，一方面對蓄電池進行了很好得補充充電，使蓄電池能夠不欠充也不過充，因為這兩種情況都直接影響著蓄電池的使用壽命；另一方面，通過脈沖的激活使極板上的硫酸鹽化問題得到一定程度的緩解或解決。同時通過間歇小電流充電，使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使濃差極化和歐姆極化降低，從而減輕了蓄電池的內壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。

　　下面是我們的樣機實驗測試得出的數據圖形。如圖2所示。

圖2 改進脈沖充電曲線

    由上圖可以看出，在進入第三階段后，實際上蓄電池的電壓已經上升的很慢，脈沖的作用更多的體現在補充蓄電池和維護性能上。

　　5．結語

　　鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學電源，也是一種綠色能源。它具有良好的可逆性，電壓特性平穩，適用范圍廣，是社會生產經營活動中不可缺少的產品。但由于充電技術制約，它的使用壽命一直受到影響。我們提出這種改進的脈沖充電方法經過實驗證明，不僅提高了蓄電池的充電接受率，而且還能對其進行維護和激活，能有效的延長蓄電池的使用壽命。