何鎮(zhèn)宇 何毅然 (長沙宇恒電子有限公司，湖南 長沙410007）
摘 要 ： 分 析 了 鉛 酸 蓄 電 池 經(jīng) 常 達(dá) 不 到 設(shè) 計 使 用 壽 命 的 原 因 ， 并 提 出 了 新 的 充 電 器 的 設(shè) 計 原 理 。
關(guān) 鍵 詞 ： 蓄 電 池 ； 蓄 電 池 充 放 電 ； 新 型 充 電 器
1 引 言
盡 管 今 天 鉛 酸 蓄 電 池 在 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 與 使 用 原 材 料 方 面 比 過 去 有 了 很 大 的 改 進(jìn) ， 性 能 有 了 相 當(dāng) 大 的 提 高 ， 許 多 設(shè) 計 和 用 料 精 良 的 免 維 護(hù) 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(dá) 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(hù) 起 動 用 鉛 酸 蓄 電 池 來 說 ， 設(shè) 計 使 用 壽 命 為 4～ 5年 以 上 ， 通 過 調(diào) 查 發(fā) 現(xiàn) ， 很 少 能 達(dá) 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(rèn) 為 有 以 下 幾 點(diǎn) ：
1） 充 電 設(shè) 備 的 設(shè) 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(bǔ) 充 充 電 ，特 別 是 過 放 電 對 電 池 造 成 致 命 之 傷 。
3） 少 數(shù) 廠 家 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 低 劣 ， 以 次 充 好 。
以 上 原 因 ， 我 們 認(rèn) 為 2） 、 3） 從 技 術(shù) 上 講 是 比 較 容 易 預(yù) 防 和 做 好 的 ， 唯 1） 牽 涉 比 較 難 以 解 決 的 技 術(shù) 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(shù) 要 求
廠 家 提 供 的 鉛 酸 蓄 電 池 保 證 使 用 壽 命 的 技 術(shù) 指 標(biāo) 是 在 環(huán) 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 4 mv的 特 性 ， 那 么 一 個 由 6個 單 體 電 池 串 聯(lián) 組 成 的 12 V蓄 電 池 ， 25℃ 時 的 浮 充 電 壓 為 13.5 V； 當(dāng) 環(huán) 境 溫 度 降 為 0℃ 時 ， 浮 充 電 壓 應(yīng) 為 14.1 V； 當(dāng) 環(huán) 境 溫 度 升 至 40℃ 時 ， 浮 充 電 壓 應(yīng) 為 13.14 V。 同 時 鉛 酸 蓄 電 池 還 有 一 個 特 性 ， 當(dāng) 環(huán) 境 溫 度 一 定 ， 充 電 電 壓 比 要 求 的 電 壓 高 100 mv， 充 電 電 流 將 增 大 數(shù) 倍 ， 因 此 ， 將 導(dǎo) 致 電 池 的 熱 失 控 和 過 充 損 壞 。 當(dāng) 充 電 電 壓 比 要 求 電 壓 低 100 mv時 ， 又 將 使 電 池 充 電 不 足 ， 也 會 導(dǎo) 致 電 池 損 壞 。 另 外 鉛 酸 蓄 電 池 的 容 量 也 和 溫 度 有 關(guān) ， 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(yīng) 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(huán) 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(guān) 穩(wěn) 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(jìn) 行 的 充 電 ， 是 無 法 達(dá) 到 鉛 酸 蓄 電 池 補(bǔ) 充 充 電 所 需 要 滿 足 的 嚴(yán) 格 技 術(shù) 要 求 的 。 縱 觀 過 去 所 采 用 的 這 些 對 鉛 酸 蓄 電 池 充 電 的 方 法 ， 以 及 根 據(jù) 這 些 方 法 開 發(fā) 的 鉛 酸 蓄 電 池 充 電 器 ， 我 們 不 難 看 出 ， 其 技 術(shù) 是 不 夠 完 善 的 ， 用 這 些 產(chǎn) 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(yīng) 范 圍 窄 、 體 積 大 、 效 率 低 、 安 全 系 數(shù) 差 等 問 題 。
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(jìn) 行 了 長 時 間 的 深 入 研 究 ， 以 自 己 獨(dú) 特 的 方 法 和 巧 妙 的 設(shè) 計 ， 生 產(chǎn) 出 新 的 充 電 器 系 列 產(chǎn) 品 ， 解 決 了 鉛 酸 蓄 電 池 充 電 存 在 的 復(fù) 雜 技 術(shù) 問 題 ， 通 過 多 年 實(shí) 驗 證 實(shí) ， 大 大 提 高 了 鉛 酸 蓄 電 池 的 使 用 壽 命 。 （ 該 技 術(shù) 已 申 請 專 利 ）
現(xiàn) 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(dāng) 電 源 EA與 電 源 EB處 在 同 一 環(huán) 境 溫 度 下 ， 正 極 和 正 極 相 連 接 ， 負(fù) 極 與 負(fù) 極 相 連 接 ， 在 它 們 所 形 成 的 閉 合 電 路 中 ， 存 在 著 如 下 的 關(guān) 系 ， 如 果 EA高 出 EB， EA將 向 EB提 供 EA－ EB=Δ E的 電 壓 ， 同 時 將 按 Δ E的 大 小 ， 提 供 一 Δ i電 流 向 電 源 EB流 通 和 灌 注 ， 當(dāng) EB吸 收 EA提 供 的 Δ i電 流 ， 使 EB上 升 到 完 全 等 于 EA時 （ 在 蓄 電 池 中 表 現(xiàn) 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， Δ E=0， Δ i=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(huán) 境 溫 度 下 ， 蓄 電 池 對 應(yīng) 的 電 壓 。 將 EA精 心 設(shè) 計 成 不 同 環(huán) 境 溫 度 下 ， 能 按 蓄 電 池 充 電 平 衡 需 要 ， 自 動 調(diào) 節(jié) 輸 出 電 壓 和 電 流 的 電 源 ， 與 之 對 應(yīng) 連 接 。 完 全 理 想 化 的 情 況 下 ， 電 源 EA能 根 據(jù) 蓄 電 池 在 任 一 環(huán) 境 溫 度 下 ， 能 夠 接 受 的 電 流 ， 對 電 池 進(jìn) 行 充 電 ， 電 池 充 足 電 后 ， Δ E=0， Δ i=0， EA電 源 將 不 再 消 耗 功 率 ， 此 后 ， EA只 隨 環(huán) 境 溫 度 的 變 化 ， 對 被 充 蓄 電 池 提 供 跟 蹤 平 衡 補(bǔ) 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 Δ E=0， 自 然 也 就 Δ i=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(chǎn) 生 沸 騰 ， 也 不 可 能 使 蓄 電 池 內(nèi) 電 解 液 中 的 水 分 解 ， 更 不 可 能 使 蓄 電 池 內(nèi) 的 壓 力 和 溫 度 升 高 ， 產(chǎn) 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(hù) 與 少 維 護(hù) 鉛 酸 蓄 電 池 的 維 護(hù) 性 充 電 ， 更 能 適 應(yīng) 那 些 間 歇 性 放 電 使 用 的 蓄 電 池 日 常 維 護(hù) 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 12 V鉛 酸 蓄 電 池 用 智 能 充 電 器 的 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) ：
1） 可 充 電 池 12 V 4～ 10 Ah；
2） 適 應(yīng) 輸 入 電 源 為 交 流 100～ 240 V， 直 流 120～ 370 V；
3） 重 量 ≤ 100 g； 體 積 60 mm× 35 mm× 30 mm；
4） 適 用 環(huán) 境 溫 度 － 10～ 45℃ 。
4 結(jié) 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(huán) 境 溫 度 變 化 時 對 其 充 電 設(shè) 備 有 苛 刻 要 求 。 由 于 過 去 的 充 電 設(shè) 備 在 設(shè) 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(shè) 備 的 使 用 不 方 便 ， 致 使 用 戶 不 能 及 時 給 電 池 補(bǔ) 充 電 ， 其 造 成 的 傷 害 是 使 電 池 的 壽 命 大 為 縮 短 。
