电池充电器 - 为铅酸电池充电
电池可以定义为一种电化学装置，可以将其活性材料中的化学能转化为电能。 如果导致一种形式的能量转化为另一种形式的反应是可逆的，那么我们就有了可充电电池或二次电池或存储电池。 这种电池可以在每次放电后反复充电，以逆转反应方向。 为了使电池达到预期的设计寿命，它必须在必要时进行适当的充电。
那些反应不可逆的细胞称为原代细胞。
铅酸电池由被称为隔板的绝缘膜隔开的正极和负极组成。 稀硫酸溶液用作电解质。 正极活性物质是二氧化铅 (PbO2)，负极活性物质是铅。
在我们深入研究电池充电器的细节之前，有必要先简单了解一些与电池相关的事项。
安培是电流的单位（定义为电子的连续流动）。 当一库仑（或一安培秒）在一秒内通过一个点时，电流被定义为 1 安培。
电压可以作为电子在电子导体中流动的驱动力，单位为伏特。 当 1 安培秒有 1 焦耳的能量时，我们说它有 1 伏的电势差。
这两个术语可以比作建筑物中的高架水箱。 水箱的高度越高，水流动的力就越大。 同样，将水从水箱输送到用户点的管道直径越大，用户接收的水量就越大。 管道中的水流可以与水流的速度进行比较。
安时（Ah）是电量，是电流和时间的乘积。
1 Ah = 1 A *1 小时。
瓦特 (W) 是功率，它是电流和伏特的乘积。 较高的单位是 kW (= 1000 W)。
兆瓦，MW（=1000 kW）和千兆瓦，GW（十亿瓦（1,000,000,000 瓦））。1 W = 1 A * 1 V = VA。
能量（Wh）是单位时间内提供的电量。 较高的单位是 kWh (= 1000 Wh)
兆瓦时，MWh（= 1000 kWh）和千兆瓦时，GWh（=（十亿瓦时（1,000,000,000 瓦时））。
GW 单位用于指代大型发电站的输出。 GWh 用于指大型电动汽车（EV）电池行业和大容量电池储能系统的生产能力 Wh = 1 W* 1 h = 1 Wh
用电池的说法，如果电池的电压为 12，其容量（以 Ah 为单位）为 100，则可以说电池具有 1200 Wh（或 1.2 kWh）。
12 V * 100 Ah = 1200 Wh 或 1.2 kWh。
电池单位质量提供的功率称为比功率，单位为W/kg。
比功率r = W/kg 和 kW/kg。
类似地，电池单位质量提供的能量称为比能，单位为 Wh/kg。
比能= Wh/kg 和 kWh/kg。 （也写成 Wh kg-1）
类似地，电池单位体积提供的功率称为功率密度，单位为 W/L。
功率密度 = W/L 和 kW/L。
电池单位体积提供的能量称为能量密度，单位是每升瓦时。
1 W = 1 J 每秒
能量密度= Wh/L 和 kWh/L。 （也写为 WL -1或 W l -1 ）
铅酸电池的充放电反应为
Pb (NP) + PbO 2 (PP) + 2H 2 SO 4放电 ⇔ 充电 PbSO 4 (PP) + PbSO 4 (NP) + 2H 2 O（靠近 PP）
注： NP=负极板=放电时阳极=放电时电子供体。 PP =正极板 = 放电时的阴极 = 放电时的电子受体
在充电过程中，电极的作用会颠倒；阳极将作为阴极，反之亦然。 电子受体现在将释放电子，供体将接收它们。
术语热力学自由能是可以从系统中提取的功的量度。 在原电池的情况下，电功是通过带电粒子的运动完成的，这是由于反应物之间的化学相互作用产生的产物（产物）。
因此，能量以Δ G给出，即吉布斯自由能的变化，它代表可以从能量转换过程中提取的最大化学能。
如果 E是电池和正在发生的过程的电动势（电动势或电压或电位）（即， 铅酸电池放电），与通过 从一个电极到另一个电极的每摩尔反应物的n法拉第 ( F ) ，那么电池所做的电功为 有限元。 相应增加的自由能等于对系统所做的电功。 因此，
ΔG = nFE 或
ΔG = -nFE 或
-ΔG° = nFE°
（在标准条件下；E° 是指标准电极电位或标准电池电压）。
吉布斯方程
（标准条件是什么意思？ ：25°C 或摄氏度（298.1°K 或开尔文），1 bar 压力，以及反应物质Pb 2+的活度（可近似视为浓度值），是一个）。
这个方程称为吉布斯方程。
吉布斯方程将电池电压与自由能 (DG) 的变化联系起来。 如果反应自发发生（例如铅酸电池放电），Δ G为负（释放能量）并且电动势为正，即 nF 的电荷将自发地沿电池反应中假定的方向流动。
另一方面，如果Δ G为正，则使系统能够进行电解现象（即在铅酸电池充电期间）。
细胞的电动势
电池的电动势是一种强烈的热力学性质，即与反应物的质量和电池的大小无关。 集约性（与广延性相反）不取决于反应物的质量，因此不取决于电池的大小。 无论您有几毫克或几公斤的材料，系统都会显示相同的电压，并且无法通过增加材料的质量来增加电压。 单个电极电位是该电极材料的固有电化学特性，在类似条件下无法改变其值。
强度特性的例子是电极和电池的电压；另一方面，广延性取决于物质的数量，例如质量、体积、能量、安培小时和瓦特小时。 因此，理论上，铅酸电池中 4.5 克二氧化铅活性材料将提供 1 安培小时 (Ah)，但如果您有 45 克，它将提供 10 倍 Ah。 所以，它是一个广泛的财产； bur 在这两种情况下，电极电位将相同，即 1.69 V。对于铅和硫酸活性材料可以提出类似的论点。
标准电池电位 (E°) 与上述标准自由能变化 (DG°) 相关。
铅酸电池的电动势可以从表达式中确定
产物的ΣΔGº ƒ – 反应物的ΣΔGº ƒ
其中 ΔG° ƒ是指反应物种形成的标准自由能。
标准生成自由能
表格1
标准形成自由能，参与电池反应的化学物质的 ΔG° ƒ
( Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, 附录 IV, p. 366。 )
| 反应物/产品 | 数值 (k cal moole−1 ) |
|---|---|
| 氧化铅 | -52.34 |
| 铅 | 0 |
| 硫酸 | -177.34 |
| 硫酸铅 | -193.8 |
| 水 | -56.69 |
总反应写为
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V。
ΔG° = ΣΔGº ƒ 产物– ΣΔGº ƒ 反应物
通过替换 (我们从标准教科书中获得的相应值，例如， [1. Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Annex IV, p. 366 ]
= [2( − 193 . 89) + 2( − 56 . 69)] − [0 − ( − 52 . 34) + 2( − 177 . 34)]
= – 94 。 14 kcal 摩尔– 1
= – 94 。 14 kcal 摩尔– 1 × 4 。 184 kJ 摩尔− 1 （将 kcal 转换为 kJ 乘以 4.184）
= – 393 。每摩尔 88 kJ
E° = -ΔG°/nF
= − ( − 393 . 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 。 04 V 用于铅酸电池
铅酸电池的标准电池电压为 2.04 V
并且铅酸电池的整体或总电池反应写为：
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4放电⇔电荷 PbSO 4 (PP) + PbSO 4 (NP) + 2H 2 O (近 PP)
在我们深入了解铅酸电池充电和放电的细节之前，我们应该对电化学中使用的某些术语有所了解。
我们已经知道标准条件的含义。
当我们干扰细胞反应（无论是正向还是反向）时，我们说细胞处于受干扰状态而不是处于平衡状态。
每当电化学系统受到干扰时，总会与标准电位存在差异。 因此，如果铅酸电池被迫在放电方向上，电池电压会降低某个值，这取决于电流的大小。 当前值越高，与标准值的偏差越大。
现在电池电压将是
E Disch = E° – δV。
E Disch的值将低于 E°。
相反，如果电池被迫反向（即充电模式），电池电压将增加某个值，这又取决于电流的大小。
E Ch = E° + δV。
δV 的值称为过电压或过电位，用符号 η表示。
δV 的值对于放电反应为负值，对于充电反应为正值。
这种电池电压下降或增加的现象称为极化，电极被称为处于极化状态。
因此，我们将方程改写如下：
E Disch = E° – η。
E Ch = E° + η。
由此可见，在放电过程中
电子盘<E° 和
充电中
电子通道>度。
造成这种电压偏差的原因是什么？
这种偏差有几个原因：
- 内阻损耗 (IR) (η ohmic )
- 由于在过程 η t开始期间两个电极上的电荷转移而引起的活化极化。
- 由于电解质和其他参与物质 (η c ) 的消耗导致浓度极化。
通过使用具有更好导电性的电极集电器和电解质，可以减轻由于红外极化引起的损失。 具有较低电阻的隔板也会有所帮助。
激活极化与电荷载流子跨电极相边界的转移有关，这个过程被称为转移反应。 通过具有兼容的多孔结构，电池电极中由于两个电极上的电荷转移反应引起的转移过电压可以大大降低。 后者增加了实际的内表面积（BET 表面积，包括孔隙、裂缝和裂缝的面积），而不是通过倍增尺寸、长度和宽度获得的表观表面积）可用于反应。
当前密度
这反过来又会降低电流密度（即安培/平方厘米）。 因此，与具有 50% 孔隙率的板相比，具有 40% 总孔隙率的板将由于活化极化而导致更高的损失。
浓度极化 (η c) 如果反应产物（硫酸铅和水分子，在铅酸电池的情况下）没有从电极表面转移，为新鲜的反应物让路（例如来自电极的铅离子和硫酸根离子）在铅酸电池的情况下来自电解质）。 ηc在放电反应快结束时会更加明显。 在细胞内，离子的传输是通过扩散和迁移完成的。
扩散是由浓度差异引起的，而迁移是由电场力引起的。
扩散可能发生在大部分电解质或隔板中：由于离子在一个电极处产生并在另一电极处消耗，因此离子必须在电极之间移动。
随着电化学反应的进行，它也发生在多孔电极中。 反应产物可以通过扩散在活性物质中移动到它们的最终位置。
通过迁移由特定离子种类（带电粒子）携带的总电流的份额是它们的迁移数的函数。 在二元电解质中，离解为阳离子和阴离子的转移数通过以下方程相关联
ɩ C + ɩ A = 1，
其中 ɩ C + ɩ A表示阳离子和阴离子的传输数。
转移数取决于离子浓度和温度。 在二元盐溶液中，它们接近于 0.5。 因此，两种离子物质在离子电导率方面均等。
由于质子 (H + ) 和氢氧根离子 (OH – ) 的离子迁移率较高，因此在强酸和强碱中会出现显着偏差。 电池电解液硫酸（分解为 H +和 HSO 2- 4 ）和氢氧化钾（分解为 K +和 OH – ）的值如下所示。 4
ι H + = 0 。 9; ɩHSO4 2- = 0 。 1; ι K + = 0 。 22; ι OH- =0 。 78
迁移数是特定离子浓度受电流迁移影响的量度。 值越小表示对迁移过程的影响越小，值越大表示对迁移过程的影响越大。
2. D. Berndt，电池技术手册，Ed。 HA Kiehne，第二版，2003 年，Marcel Dekker, Inc.，纽约，表 1.2。
3. JS 纽曼。 电化学系统。 恩格尔伍德悬崖：Prentice-Hall，1991 年，第 255 页。
4. SU Falk, AJ Salkind。 碱性蓄电池。 纽约：John Wiley & Sons，1969 年，第 598 页
为了说清楚，我们必须了解放电反应是如何进行的。 一旦电池端子连接到耗电装置，电子就开始通过外部电路从负极板流向正极。 在电池内部，带电粒子负责处理电流。 带电粒子是质子 (H + ) 和硫酸氢根离子 (HSO¯4 )。
在放电过程中，负 HSO¯4 离子（在这种情况下，电解液硫酸中的硫酸氢根离子分解为 H +和 HSO¯4 ）向负极板移动。 这些负离子与活性物质 Pb 结合，生成硫酸铅 PbSO 4 。 该反应还会产生一种称为质子的带正电的氢离子，它会迁移出去。 由于铅活性物质的阳极反应而释放的两个电子，通过外电路到达正极。
负极板或负极半电池反应：Pb + HSO¯4 ⇄ Pb 2+ + SO4 2- +H + + 2e – E°= -0.35 V
二价铅离子和硫酸根离子立即结合形成硫酸铅并以硫酸铅的形式沉积在负极板上。
至此，我们已经看到了负极板反应的画面。
现在让我们看看正极板上同时发生了什么。
来自负极板的电子到达正极端子后，与正极活性物质 PbO 2发生反应，形成硫酸铅和两个水分子。
正板或正半电池反应：PbO 2 + 3H + + HSO¯4 + 2e – ⇄ Pb 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O E° = 1.69 V
二价铅离子 (Pb 2+ ) 和硫酸根离子 ( ) 立即结合形成硫酸铅并以硫酸铅的形式沉积在正极板上。
溶解-沉积或溶解-沉淀机制
这种类型的反应，其中铅和二氧化铅溶解为铅离子并立即以硫酸铅的形式沉积在相应的电极上，这是通过溶解-沉积或溶解-沉淀机制发生的。
现在通过结合两个半电池反应，我们有
负板或负半电池反应：Pb + HSO¯4 ⇄ Pb 2+ + SO4 2- +H + + 2e –
正板或正半电池反应：PbO 2 + 3H + + HSO¯4 + 2e – ⇄ Pb 2+ + SO4 2- + 2H 2 O
总体或总反应：Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4放电⇔电荷 2PbSO 4 + 2H 2 O
这一反应理论是由格拉德斯通和特里布于 1881 年提出的，但铅酸电池是由法国物理学家雷蒙德·加斯顿·普兰特于 1859 年发明的。
JH Gladstone 和 A. Tribe，Planté 和 Faure 蓄能器的化学， Nature ，25 (1881) 221 & 461。
JH Gladstone 和 A. Tribe，Planté 和 Faure 蓄能器的化学，Nature，26 (1882) 251、342 和 602； 27 (1883) 583
放电反应将继续进行，直到大约一半的活性材料转化为硫酸铅，放电速度较慢，例如 20 小时或 10 小时。 此时，活性材料的电阻率会增加到进一步放电会导致电池电压非常快速下降的值。 通常，每个电池的电池电压不允许低于 1.75 V。
超过 80% 放电深度 (DOD) 的深度放电将使后续充电更加困难。
在放电反应过程中，一旦铅溶解为铅离子，它就会与硫酸根离子结合并沉积在负极板上。 铅离子或硫酸铅分子不会远离负极板。 这是因为硫酸铅在稀硫酸溶液中的溶解度非常低。 大约每升 1 毫克以上，在电解质浓度高的地方，二价铅离子向硫酸铅的沉积会更快。 随着放电的进一步进行，硫酸铅在电解液中的溶解度增加到每升 4 毫克。
这是因为酸由于进一步放电而变得更稀，在这种稀酸中，硫酸铅的溶解度更高，高达每升 4 毫克。
如此沉积的硫酸铅将继续在表面以及裂缝和裂缝上生长成各种尺寸的晶体。 . 这部电影在结构上将是不连续的。 在缓慢放电过程中，这种不连续形式的硫酸铅结构有助于活性材料的内部参与反应，因为它提供了一个开放结构，便于离子进入。 因此，放电过程可以深入到板的内部。
相反，在高放电率下，表面被放电产物 PbSO 4阻塞，形成连续的结构而没有任何断裂。 因此，板内部的进一步反应受到阻碍，这就是我们无法在更高的放电速率下获得预期容量的原因。
铅酸蓄电池的充电
在充电反应过程中，发生反向现象，电流反向，氧化发生
放置在正极，还原在负极。
表 2
充放电时两电极的特性
| 电极 | 放电 | 收费 |
|---|---|---|
| 负片 | 多孔（海绵状）铅 阳极 放弃2个电子 Pb -2e- → Pb2+ 电压降低（变得不那么积极）。 转换为 PbSO4 | ~ 40% Pb + ~60% PbSO4 阴极 吸收 2 个电子 PbSO4 中的 Pb2+ 占 2 个电子 电压降低（变得更负） 恢复为铅金属 H2 在过度充电期间释放 |
| 正板 | 多孔二氧化铅 阴极 吸收 2 个电子 Pb4+ (来自 PbO2) + 2e- → Pb2+ 电压降低（变得不那么积极）。 转换为 PbSO4 | ~ 50% PbO2 + ~50% PbSO4 阳极 释放 2 个电子 PbSO4 中的 Pb2+ 变成 PbO2 重新转化为 PbO2 电压升高 O2 在过度充电期间释放 |
图1
铅酸电池在充放电反应中电位的变化
电池电压是原电池运行任何阶段的两个值的组合
因此
电池电压 = 正极电位 – 负极电位
所以
铅酸电池的开路电压或平衡电压 = 1.69 – (-0.35) = 2.04 V
在放电结束或接近结束时，电池电压 EDisch = 1.50 – (- 0.20) = 1.70 V
在充电结束或接近结束时，电池电压 ECh = 2.05 – (-0.65) = 2.70 V
电池充电器-充电系数
可充电电池需要充电才能恢复上一次放电时消耗的 Ah 容量。
与之前的输出相比，将电池恢复到之前的完全充电状态所需的 Ah 量将增加 10% 到 15%。 这个电荷输入与前一个输出的比率称为电荷系数
电荷系数 = 输入 Ah / 先前输出 Ah = ~ 1.1 至 1.2。
即，应额外投入约10%～20%的Ah来补偿由水分解过充电反应和栅极腐蚀反应构成的二次反应。 此外，由于内阻会损失一小部分。
电池充电器 - 铅酸电池的充电效率
安时效率
（安培小时或库仑效率和能量或瓦特小时效率）
从前面的论点可以看出，我们必须定义什么是“充电效率”。
安时效率
印度标准 IS 1651 将测试程序描述如下：
- 充满电的电池应以 10 小时的速率放电至每节电池 1.85 伏的终止电压。
- 应计算准确的 Ah 输出。
- 电池现在以相同的电流以相同的安培小时数充电。
- 电池现在像以前一样进行第二次放电。
- Ah（库仑）效率 = η Ah = 在第二次放电期间输送的 Ah / Ah 输入。
能源或瓦时效率
瓦时效率应通过将上述获得的安时效率乘以平均放电和再充电电压的比率来计算。
能量或瓦时效率 = η Wh = η Ah *（平均放电电压 / 平均充电电压）
铅酸电池在输入等于前一次放电100%的情况下充电的安时（或库伦）效率几乎等于95%，能量或瓦时效率约为85 -90%。 印度标准 (IS 1651) 还规定最低安培小时效率为 90%，最低瓦时效率为 75%。
充电效率受正极板而不是负极板的限制。 当正极上大约四分之三的硫酸铅转化回二氧化铅并且水不能足够快地扩散到内板多孔结构中时，就会发生诸如放出氧气之类的二次反应。 在一段时间内，充电电流分布在将 PbSO 4转化为 PbO 2的初级过程和次级过充电反应之间。 如果充电持续足够长的时间，以至于几乎所有的硫酸铅都会转化为二氧化铅，所有充电电流都会用于二次反应。
电池充电器的充电电压
如前所述
电子通道>度。
因此，我们必须提供更高的电压以促进这种反应。 通常，一个好的充电器会设计有足够高的充电电压源。 一个很好的经验法则是，对于 2 V 电池，必须提供至少 3 V 的电压，这样电池才能通过达到每个电池 2.7 V 的电压来实现完全充电。 但我们必须考虑电缆中的损耗等。
因此，对于 12 V 电池，电池充电器应提供至少 18 至 20 V 的电压。
如果此电压降低到低于 15 V，则电池无法达到完全充电状态。
充电期间：2PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
两个电极上的硫酸铅溶解为铅离子，并立即沉积为负极板上的铅和正极上的 PbO2。
在正极板
PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + 4H + +SO 4 ²- + 2e –
电子移动到负极板进行进一步反应
在负极板
PbSO 4 + 2e – → Pb +SO 4 ²-
由于硫酸根离子在两块极板上再生，它们与质子结合形成硫酸，因此电解液的比重增加。
电池放气
到目前为止，我们只看到了充电过程中有用的反应。 但在过充电期间会发生一些副反应或副反应。 两个主要的次级或副反应是：
- 电解水和
- 正极栅极腐蚀
这些反应可以表示如下：
水电解
2H 2 O → O 2 ↑ + 2H 2 ↑（在过量浸没的电解铅酸电池的两块板上）
来自正极板的氧气和来自负极板的氢气放出并通过排气塞孔排放到大气中。
但是在阀控式铅酸电池 (VRLA) 电池中，确实会释放氧气，但不会释放氢气。 如此释放的氧气也不允许排出，而是通过吸收性玻璃毡 (AGM) 隔板中的空隙扩散，并与负极活性材料反应以再生水分子。 这是使 VRLA 电池无需加水即可茁壮成长的步骤。
2H 2 O → O 2 + 4H+ + 4e – 在 Starved 电解质或 VRLA 电池的正极板上
铅酸蓄电池正极板栅腐蚀
在两种类型的铅酸电池中，正极板栅腐蚀的发生方式相同：
栅板腐蚀：Pb + 2H 2 O → PbO 2 + 4H + + 4e –
如果将镀铂的铂电极制成阴极，则氢气几乎以可逆的速度放出
溶液的氢势。 使用其他电极，例如铅，需要更负的电位
为了发生这种反应。
在电池电压达到 2.3 V 之前，放气可以忽略不计。 但是放气从每个电池 2.4 V 开始。 超过 2.4 V，放气更多，因此充电效率会降低。 在 2.5 V 时，放气会很丰富，电池电解液的温度将开始升高。 现在有足够的放气来搅拌电解液，比重开始平衡。 当电池闲置时，底部电解液的比重会比顶部略高。 如果细胞更高，情况会更糟。
铅酸电池可以以任何不会导致过度放气、高温和端子电压非常高的速率充电。 完全放电的电池可以在充电开始时吸收高充电率，而不会放气，也不会出现任何明显的电压和温度升高。
在充电过程的某个时间，当正极板中几乎所有的硫酸铅都转化为二氧化铅时，副反应占主导地位。 如前所述，这些是水电解反应和正极板栅腐蚀。
这种正栅极腐蚀从第一次充电的形成阶段（或在罐子形成的情况下）开始。 这种腐蚀是铅酸电池寿命最不利的方面。 由于每当电池进入过充电区时，正极栅极就会发生腐蚀，因此一部分栅极结构会转化为二氧化铅，因此在每个腐蚀周期，栅极的重量都会有所下降。 最终，当来自网格上反应位点的电子无法到达汇流条时，将达到一个阶段，因为连续网格结构不可用
结果，部分活性物质不能参与能量生产过程，容量下降，导致电池寿命结束。
铅酸电池的制造商试图通过加入合金元素来缓解这个问题，这些元素增加了铅合金的耐腐蚀性。 一些此类合金成分是小数百分比的砷 (As) 和银 (Ag)。 通常，正极合金中的 As 含量约为 0.2%，Ag 含量约为 0.03 至 0.05%。
电池充电器——电流接受意义
当前接受度取决于电池的设计。 例如，组装有更多极板（即极板会更薄）的类似 Ah 电池，由于表面积增加，可以接受更高的充电电流。 有关测量单个极板充电效率的详细程序，读者可以参考 K. Peters 的一篇文章. [8]
负极板的电荷接受能力大于正极板（见图 1），这主要是由于负极板更粗糙、更开放和孔隙结构，容易让酸扩散到板内部。 正极在 70-80% SOC 时开始过度充电，具体取决于几个设计因素。 一些内部参数化设计因素是孔隙结构、真实表面积等。 其他外部参数是以安培为单位的充电电流、电解液的温度等。
负极板的充电接受度较高，在相对较晚的时间段，即 90% SOC 进入过充电区[8. K. Peters, AI Harrison, WH Durant, Power Sources 2. Research and Development in Non-mechanical Electrochemical Power Sources, Pergamon Press, New York, USA, 1970, pp. 1–16.]
[9. 是 哈德曼，电源杂志卷。 23，1988 年，第 128 页]。
然而，在某些时候，二次反应在负极开始，主要是通过简单的电子转移将氢离子（质子）还原为氢气（发生在远低于 -350 mV 的电位，这是负极板可逆电位，E°值。），大约在 -0.6 到 0.95 V：
2H + + 2e − → H 2 ↑
累积在负极板上的一种这样的重要杂质是锑 (Sb)，它由于称为锑迁移的现象而沉积在网格中含有相对较高量的锑的电池中。 虽然锑是大多数铅酸电池的板栅合金的重要成分，但它对电池的性能有负面影响。
在充电的腐蚀阶段（接近每个循环的充电结束），正极板栅受到阳极侵蚀，锑以 Sb 5+离子的形式进入溶液，其中一部分被正极活性材料吸收并促进由于局部电池形成而自放电。 如此溶解的剩余锑以 Sb 3+的形式沉积在阴极表面（负极板表面） （“锑迁移” ），并且由于其氢过电位低于铅，因此会导致氢过早释放。 之后，在大量气体演化期间，当锑与质子结合时，在有利的条件下，锑可以在一定程度上作为锑气（SbH 3 ）释放。
在有利的条件下，与砷 (As) 的类似反应也可能发生，释放出有毒气体胂 (AsH 3 )。 因此，在封闭环境（例如潜艇）中使用电池时，自然会避免这种合金成分。
从热力学上讲，这发生在比初次充电反应低的电位下，但与正极产生氧气一样，铅电极上产生氢气的过电位相对较大（约 -0.650 V），因此充电可以在很大程度上完成完全开始析氢。
这些气体通过排气塞孔从电池中排出。 两个极板都受到过电位的杂质效应的影响，因此两个极板的完全有效充电是不可能的。 例如，如果将析氧反应势与析氢反应势结合起来，我们有
1.95 + (-0.95) = 2.9 V 产生大量气体。
另一点要注意的是，根据基本定律，水应该在 1.23 V 下分解，氧气应该在此电位下在正极上析出。 但在实际电池中并非如此。 如果发生这种情况，铅酸电池本身的稳定性将是一个问题。 标准正极板电位 (E° = 1.69 V) 比水应分解的电压 (1.23V) 高约 0.46V。 原因又是过压。 即硫酸溶液中二氧化铅析氧电压远高于正极板的E°值1.95V。
从而抑制了硫酸溶液中二氧化铅的析氧反应，高于正极板E°值0.26 V（1.95-1.69 = 0.26），高于水分解电位（1.95-1.23 = 0.72V）约0.72 V和因此，在严格纯溶液中达到过电压值之前，氧气不会释放。
同样，由于铅上的氢过电位，硫酸溶液中铅上的氢析出受到强烈抑制。 该过电位值大约负 0.6 V，低于铅在硫酸溶液中的标准电极电位，E° = -0.35V。 因此析氢反应不会阻碍负极板的完全充电，直到电极值在严格纯溶液中达到-0.95V。 这就是为什么负极板比正极板具有更好的充电效率的原因。
但是，在实际电池中，该阶段远远早于该电压。 事实上，这个 2.9 V 在实际电池中根本没有实现，因为杂质引起的反应占主导地位，因此按体积计算的全部气体逸出 (H 2 : O 2 = 2:1) 在大约 2.6 V 时达到。但是，如果外加充电电压过高，则可能会达到 2.9 V 的值，特别是无锑合金电池可能会达到 2.8 V 的值，并且使用锑单元格的值将降低 0.2 V，例如 2.6 V。
随着循环的进一步进行，锑电池的放气值将大大降低，而其他电池几乎不受这种影响。 这种急剧减少是由于前面解释过的称为“锑迁移”的现象。
自然地，新电池和循环电池的电压差从 250 mV 增加到 400 mV。 这将导致活性材料无法接受电荷，几乎所有的电流都会产生氢气和氧气。 图 3 说明了这方面[10. Hans Tuphorn，电池技术手册第 17 章，图 17.2，Ed。 HA Kiehne，第二版，2003 年，Marcel Dekker, Inc.，纽约.]
12v 电池充电器如何工作？
对于电池充电，正极输出引线连接到电池的正极端子，因此负极连接到负极端子。 然后充电器通过合适的方式连接到交流电源。
交流输入通过整流电路转换为直流，整流电路带有降压变压器以转换为所需的电压。 整流器将双向交流电流 (AC) 转换为单向流动。 因此，它在负载上保持恒定的极性。 桥式整流器配置用于将降压的低压交流整流为直流，并通过高值电解电容器（滤波电路）进一步平滑。
这种过滤后的直流电被馈送到一个电子电路，该电路将电压调节到一个恒定的水平，并应用于需要充电的电池，
充电器有电流（安培计）、电压（伏特计）指示器，在特殊情况下还有计时器和安培小时表。
电池按照制造商的说明充电
电池充电程序 - 电池充电器
需要充电的电池应彻底清洁外部，去除腐蚀产物后，端子应涂上一层薄薄的白色凡士林。 电解液液位也将被检查。 此时不需要加满，除非液位低于分离器的高度。
用于为电池充电的充电器应具有足够的规格，例如电压和电流输出。 例如，12 V 电池需要至少 18 V 的输出 C 电压。所需的电流取决于电池的容量和电池需要充电的时间。 通常，电池将以电池的 Ah 容量的 0ne 十分之一安培充电。 因此，一个 100 安时的电池需要至少 10 安培的输出才能正常充电。 如果要快速充电，则需要 15 安培的输出。
完全放电的电池需要大约 110% 的容量输入。 但是，如果电池已经部分充电，我们应该知道 SOC。 不管是什么，电压和比重是确定荷电状态需要监测的两个重要参数。 比重值应从电池标签上读取。 如果电池状况良好，充满电的电池通常会达到 16.5 V 或更高。 如果是老化的电池，则不容易达到此电压。
这主要是因为二次反应，如由于电解液中的水电解而产生的气体和由于硫酸铅累积而产生的电阻引起的加热效应。
电池放置在绝缘材料上，如橡胶板或木凳。 充电器导线应具有足够的载流能力。 通常，1 平方毫米的铜线可以安全地承载 3 安培的直流电（DC）。 确保充电器处于关闭位置后，将充电器引线连接到相应的端子，即正极接正极，负极接负极。 电压、比重和温度读数将记录在日志表中，其模型如下：
电池充电记录模板
读数应每小时记录一次。
镉读数将指示特定板是否已完全充电。 镉参比电极是一根绝缘的镉棒，顶端焊接有铜线。 底端将浸入电解液中，使其仅接触液体，不应与内部的极板或其他引线部件接触。
对于完全充电的正极板，镉读数将为 2.4 V 或更高，而对于负极板，则为负 0.2 V 或更低。
表 4
铅酸电池中的反应和相应的镉电位读数
镉电位读数
| 反应 | 潜在价值 | 镉读数 |
|---|---|---|
| 氧气释放潜力 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- | 1.95 至 2.00 V | 2.00 - (-0.4) = 2.4 V |
| 正极板标准电极电位 PbO2/PbSO4/H2SO4 | 1.69 伏 | [1.69 – (-0.4) = 2.09 V] |
| 正极板放电结束 | 1.40 至 1.5V | 1.40 – (-0.4) = 1.8V 1.50 – (-0.4) = 1.9 V |
| 标准氢电极电位 (SHE) 2H++ + 2e- → H2 | 0.00 伏 | 0.00 伏 |
| 负极板放电结束 | -0.15, -0.20, -0.25 V (针对不同电流密度) | -0.15 – (-0.4) = 0.25 V -0.20 – (-0.4) = 0.20 V -0.25 – (-0.4) = 0.15 V |
| 负极板标准电极电位 Pb/PbSO4/H2SO4 | -0.35 伏 | [-0.35 – (-0.4) = 0.05 V] |
| 镉参比电极 E° 值 镉/镉2+ | -0.40 伏 | -0.40 伏 |
| 析氢潜力- 2H+ + 2e− →H2 （对于商用电池） | -0.60 伏 | -0.60 – (-0.4) = -0.20 |
| 析氢潜力 2H+ + 2e− →H2 对于纯实验细胞 | -0.95 伏 | -0.95 – (-0.4) = -0.55 |
电池充电器的工作原理
在充电结束时，12V 电池可能会达到 16.5 及以上的端电压。 将端电压保持在此水平一小时后，即可终止充电。 当电池接近 16 时。 0 V，如果需要，可以添加批准的水。
接近充电结束时，会从电池中观察到大量放气。 充电室附近不得有明火。 气体以它们的组合比例释放，即氢气 2 份和氧气 1 份。 因此，如果这些气体在没有适当通风的情况下在充电区积聚，很可能火花或明火会点燃这些气体，它们会结合爆炸性暴力，损坏电池及其周围环境，并伤害附近的人.
氢气在空气中的爆炸性混合物的下限为 4.1%，但出于安全原因，氢气体积不应超过 2%。 上限为74%。 当混合物中含有这些气体的化学计量比（2 份氢气比 1 份氧气）时，会发生剧烈爆炸。 这种情况是在过度充电的电池内部获得的，排气塞紧紧地拧在盖子上。 因此，建议将排气塞松松地盖在排气孔上，不要拧紧。
不同的电池充电方法和不同类型的电池充电器
尽管铅酸电池有多种充电方法，但所有方法都有一个共同目标，即将反应产物（即两极板上的硫酸铅）转化为各自的活性材料，正极为 PbO 2 ，负极为 Pb .
2 PbSO 4 + 2 H 2 O → PbO 2 + Pb + 2 H 2 SO 4
收费制度有多种变体。 但在所有这些方法中，只使用了两个基本原理：恒流充电法和恒压充电法。 可用的几种方法结合了这两个原则来实现它们的目标。
选择合适的充电方法取决于类型、设计和服务条件以及可充电时间。 所有这些充电方法都使用多种方法来控制和完成充电过程。
这些方法可以分为以下几类：
表 5
不同电池充电器的分类方法&电池充电方式
不同的电池充电方式
| 基于恒流的方法 (CC) | 基于恒压的方法（CV 或 CP） | 组合方式 | 锥形充电 | 特殊方法 |
|---|---|---|---|---|
| 单步CC充电方式 | 恒压法 | CC-CV法 | 单步锥形充电法 | 1. 初始费用 2. 均质费用 3. 机会收费 4. 气控充电 5.涓流充电 6. 升压充电 7.脉冲充电 8.快速或快速充电 |
| 两步CC充电法 | 限流或修改的 CV 方法 | 两步锥形充电法 |
单步恒流充电方式（CC方式） 电池充电器
当需要短时间内完成充电，用户想知道输入的Ah时，可以采用恒流充电的方式。 当之前的输出时间已知时，首选恒流充电，这样 5-10% 的过充电可以有效地将电池恢复到 100% SOC。 这也将确保提供正确的输入，以便电池的寿命不会因过度充电而受到不利影响。 此方法的正常充电时间为 15 至 20 小时。
在这种方法中，电流在整个充电期间保持恒定。
建议充电电流为 20 小时容量的 5% 至 10%。
为了补偿充电时电池反电动势的增加，充电电流必须通过改变所使用的串联电阻或增加变压器电压来保持恒定。 通常，串联电阻会变化以保持电流恒定。
这种方法是最简单且成本较低的充电方法。 但它有充电效率较低的缺点。 这是由于电阻中消耗了一些功率，部分原因是一旦电池达到每个电池单元 2.5 V 时用于分解水的电流。 当电池充电至约 70% 至 75% 时，电池开始放气。 这种充电方法总是会导致轻微的过度充电和剧烈的放气，尤其是在充电结束时。
图 5给出了恒流充电方法的概括图片。 充电特性如图6所示
两步恒流充电法电池充电器
两步恒流充电法采用启动速率和完成速率两种充电速率。 完成率通常是起始率的一半。 当电池开始放出气体时，完成速率开始。 这通常是用于电池台充电的首选方法。 充电特性见图7 [11. PG Balakrishnan，铅蓄电池， Scitech Publications（印度）列兵。 有限公司，钦奈，2011 年，第 12.8 页]。
恒压或电位充电方式 电池充电器
恒压或恒电位（CV 或 CP）充电方法采用在整个充电期间保持恒定电平的电源电压。 通常，每个电池的电压在 2.25 到 2.4 V 之间。
这种方法是为阀控式铅酸 (VRLA) 电池和蓄电池充电的推荐方法。 使用 CV 方法为 VRLA 电池充电时，无需担心前一次放电的放电深度 (DOD)。 可以使用制造商推荐的 CV 充电电压为 VRLA 电池充电，而不会产生任何不利影响。 几乎所有 VRLAB 制造商都推荐 0.25 至 0.30 C 安培的启动电流。
即对于100Ah的电池，可以选择25～30安培的初始电流。 较高的电流用于为深度放电的电池充电，而较低的电流用于正常放电的电池。 较低的充电电压的效果是，与使用较高电流充电的电池相比，温升较小，但充满电所需的时间会更长。
在充电结束时，电池电压与外加电压相等，充电电流逐渐减小到非常低的值。 一般情况下，每Ah电池容量的末端电流可能达到2～4mA。 在每节电池 2.25 至 2.3 V 时，在正确制造的电池中没有观察到气体逸出。 然而，在每个电池 2.4 V 时，放气会很明显。 对于 6V/1500 Ah VRLAB，每个电池在 2.4 V 时放出的气体体积在 40-50 分钟内约为 1000 ml
根据第 6.1.a 条。 根据日本工业标准 JIS 8702-1:1998，充电时间约为 16 小时或直到电流在连续两小时内变化不超过 20 小时额定电流 (I 20 ) 安培的 10%[JIS 8702-1:1998] . 例如，如果电池的 20 小时容量（不考虑电池电压）为 60 Ah20 ，如果电流变化不超过 300 mA（即 I20 = 60 Ah /20 A = 3 A。因此，I 的 0.120 = 0.3A)
VR电池CP充电细节如图所示
充电效率优于恒流方式。 这种方法的缺点是它需要在高电流消耗下的稳定电压，这是昂贵的。 这种方法用于电信和 UPS 应用的固定电池的浮动操作。
改良恒电位充电-电池充电器
在工业应用中，这种方法用于充电电路是系统的组成部分。 例如汽车、UPS 等。 电路中包含一个用于限制电流的串联电阻，其值保持不变，直到达到预设电压。 此后，电压保持恒定，直到要求电池执行其提供启动电流、应急电源等的职责。
固定串联电阻的选择取决于电池中的电池芯数量及其安培小时容量以及可充电的持续时间。 施加的电压保持恒定在每个电池约 2.6 至 2.65 伏特。
随着充电的进行，充电电流开始从初始值下降。 当电压逐渐上升到每节电池 2.35 至 2.40 伏时，放气电压趋于快速上升，因此充电电流以更快的速度下降。
改进的恒电位充电对于深循环电池（例如牵引电池）很常见。 工厂通常采用固定的放电-充电时间曲线，例如叉车运行 6 小时，放电深度 (DOD) 为 80%，再充电时间为 8 小时。 充电器设置为充气电压，启动电流限制为每 100 Ah 15 至 20 A。 电流在恒定电压下开始逐渐减小，达到每 100 Ah 4.5 至 5 A 的最终速率，然后保持到充电结束。 总充电时间由定时器控制。
有电池充电器，其规定即使在充电完成后仍保持电池与其连接，以保持电池处于完全充电状态。 这是通过每 6 小时提供短暂的刷新充电以保持其状态来实现的
详细信息请参见图 12 [ 12. 铅酸电池特刊，J. Power Sources 2 (1) (1977/1978) 96-98]
组合方式（CC-CV方式）-电池充电器
在这种方法中，恒流充电和恒电位充电结合在一起。 这种方法也称为（IU）（I 代表电流，U 代表电压）充电法。 在充电初期，电池以恒流模式充电，直到电池达到放气电压，然后切换到恒电位模式。 这种方法消除了充电结束时恒流充电方法的有害影响。
这种方法的充电特性如右图11所示。
锥形充电 - 电池充电器
锥度的意思是向下倾斜。 正如该术语清楚地表明的那样，通过将起始充电电压固定在每节电池约 2.1 V 并在每节电池 2.6 V 终止，允许电流从较高值降低到较低值。 这些电压下的电流值之比称为锥度值。
因此，输出为 50 A（每节 2.1 V 时输出）和 25 A（每节 2.6 V 时输出）的充电器被描述为具有 2:1 的锥度特性。
有单步锥形装料和两步锥形装料方式
单步锥形充电 - 电池充电器
在这种类型的充电中，电流从较高的起始值逐渐减小到较低的完成速率，通常约为电池 20 小时速率容量的 4% 至 5%。 放气是必需的现象，因为它有助于均衡电解质的密度梯度。 即，它消除了分层现象。 因此，精加工速率固定在足够高的值以允许该过程发生并且同时不会过度腐蚀正极网格。 此处，充电器输出电压最初设置为每个电池约 2.7 伏，并在充电期结束时降至每个电池约 2.1 至 2.2 伏。
充电电流逐渐减小，直到达到放气电压（每个电池约 2.4 V）（SOC = 75 到 80 %），然后以更快的速率逐渐减小。 通常，锥度比固定为 2:1 或 1.7:1。 完成充电所需的时间约为 12 小时。 达到充气电压后的充电时间通过合并一个计时装置来控制，该计时装置在达到充气电压时开始运行。
充电时间可以缩短到8到10小时，但启动电流要提高，这离不开经济性和消费者的承受能力。
单步锥形充电的充电特性如图12所示
两步锥形充电 - 电池充电器
这种充电方法类似于单步锥形充电，不同之处在于总充电时间减少到大约 8 到 10 小时。 由于电池在深度放电时能够以更快的速度接受充电，因此在第一步使用大电流，直到电池达到放气阶段。 将近 70% 到 80% 的安培小时数以更快的速度返回给第一步中的电池，而剩余的安培小时数则在第二步中提供。
12V、500Ah电池单步锥形充电的充电特性如图13所示
锥形充电方法更普遍用于为通常深度放电的牵引电池充电。 电动汽车的车队运营商，例如邮政送货车、牛奶送货车，需要先进的电池充电器，以从电池获得最佳性能并保护所涉及的大量现金投资。
初始费用
新的铅酸蓄电池需要活化，这个第一次充电的过程称为初充。 电池已充满所需量的电解液，并在发送发货前充满电。 通常，这种初始充电是通过恒流充电方法以低电流长时间进行，直到电池达到 16.5 V 或更高的电压才能完全充电。
如今，这个过程已经变得多余，因为我们准备好使用工厂充电的电池或只需要添加电解质的干充电电池。
均衡费
均衡电荷电池与电池之间的差异是人们必须接受的事实。 任何两个细胞都不能在所有方面都相同。 活性材料重量的差异、电解质比重的微小变化、电极的孔隙率等是一些差异。 由于这些原因，电池中的每个电芯都有自己的特性；每个需要的电荷量略有不同。 不时进行均衡充电可避免电池寿命结束。 12V 汽车电池浮动在 14.4V。 充满电的电池需要 16.5 V 的电压水平，而这在车载服务中从未实现过。
因此，需要均衡充电（也称为台式充电）以延长汽车电池的使用寿命。 因此，每六个月接受定期工作台充电的电池可能比未接受工作台充电的电池寿命至少 10-12 个月。 应与电池制造商讨论均衡充电的频率和程度。 对于预编程的充电器，有时可以通过开关提供“均衡充电”，该开关提供用于稳定电池电解质的电压和相对密度的连续低电流。
同样，UPS应急电源电池和叉车电池也需要这样的均衡充电。 逆变器中使用的电池只能充电至 13.8 至 14.4 V。如前所述，这不足以平衡电池单元之间的不平衡。 如果定期进行均衡充电，这些电池的使用寿命会更长。
每六个月对电池进行一次均衡充电。 但叉车电池中使用的牵引电池应每第六或第十一次循环充电一次，具体取决于电池是新的还是旧的。 新电池每 11 次循环充电一次，旧电池每 6次循环充电一次。 如果电池每天定期充满电，则均衡充电的频率可以减少到第 10次和第 20次循环。 当电池在 2 到 3 小时内电压和比重读数没有进一步增加时，应终止均衡充电。
机会收费
在越野或公路电动汽车密集运行的情况下，在休息和其他短暂休息时间插入充电器也有助于延长车辆的有效工作班次，从而减少电动汽车的停机时间。 机会收费是在午餐时间或休息时间给予此类部分收费的术语。
这种机会充电往往会缩短电池的寿命。 电池将这种充电和随后的放电视为一个浅循环。 应尽可能避免机会费用。 正常充电提供每 100Ah 容量 15 到 20 A 的电流，而机会充电提供每 100Ah 容量的略高的 25 A 电流。 它导致更高的温度并加速正极栅极的腐蚀。 因此寿命会减少。
气控充电
析出的氢气的热导率用于监测充电电流。 氢气是一种非常好的冷却剂，用于冷却加热元件。 利用发热体电阻的变化来调节电流。 热敏电阻也可用于调节电流。 有时，由于氢气和氧气在电池中通过合适的催化剂重新结合而产生的加热效应用于操作热开关以调节电流。
涓流充电
在连续充电中，充电器均衡了由于自放电和间歇放电造成的损失。 维护费用补偿自放电。 两种工作模式的特点是端电压恒定：
每节电池的维护费用为 2.20 至 2.25 V
每节电池持续充电 2.25 至 2.35 V
根据电池的使用年限和状况，在维护充电（涓流充电）期间可能需要 40 至 100 mA/100 Ah 标称容量的电流密度。
连续充电电流在很大程度上取决于负载曲线。 每次停电后，必须为维护充电的电池充电。 意外负载后持续充电的电池也是如此。
加速充电
当没有其他电池可用且SOC不足以进行应急工作时，需要在紧急情况下使用已放电的电池时采用升压充电。 因此，铅酸电池可以根据可用时间和电池的 SOC 以高电流充电。 由于现在可以使用快速充电器，因此今天人们很熟悉升压充电。 通常，此类升压充电器以 100A 开始充电，然后逐渐减少至 80A。 最重要的是温度不能超过48-50 ℃。
脉冲充电
什么是脉冲电流充电？
充电的持续时间非常短，即当前的接通时间以毫秒 (ms) 为单位，然后是空闲期（以毫秒为单位的关断时间）。 有时放电也可能先于脉冲充电。
脉冲电流技术已应用于汽车铅酸电池的快速充电。 得出以下结论：
- 脉冲电流技术可以发挥非常有利的效果。
- 它提高了充电速度。
- 它有利于铅/酸电池的循环寿命性能，特别是当使用超过 100 ms 的导通时间时。
- 此外，该技术还可以使已通过恒流充电循环的电池恢复活力。
- 充电时间可以减少一个数量级，即从 ~10 小时到 ~1 小时
- 循环寿命可以增加三到四倍。
- 将脉冲电流充电应用于循环电池（容量 = 80% 初始值）可以引起电池容量的恢复。
- Pb-Sb 和 Pb-Ca-Sn 电池在恒流充电的高速放电下都会发生容量过早损失。
更详细的内容，读者可以参考上述Lam等人的文章。
潜艇电池一直是脉冲充电的主题[14。 Melvyn James、Jock Grummett、Martin Rowan 和 Jeremy Newman，电源杂志 162 (2006) 878–883 879]。作者得出的结论是
- 可通过脉冲充电提高容量。 这种能力提升
对于较新的相对较新的细胞来说是戏剧性的。 但是对于较旧的电池（4-5 年），在获得容量改进之前需要 15 次或更多次脉冲充电循环。
- 细胞越老，硫酸化越严重，需要更多的循环才能分解。
- 有些硫酸化是不可能逆转的。
- 脉冲充电的使用还表明放气电荷可以显着减少。
- 气体逸出随着脉冲频率的增加而减少。 这在析氧时更为明显，因为氧气在气体充电过程中从正极板析出，因此析氧对于遭受正极板腐蚀的潜艇电池来说是一个重要因素。
- 在对电池应用脉冲充电后，即使恢复常规充电程序，有益效果仍然存在。
典型的脉冲充电程序如下所示：
脉冲充电的应用有助于防止硫酸盐化随着时间的推移而积累。 如果从一开始就使用脉冲充电，它可能能够通过适当的充电和维护来减少电池中硫酸盐的积累。 这种方法无法逆转已经发生的硫酸盐化积累。 如果电池不断地被均衡或过度充电，这会损坏电池，降低它们的容量和寿命。 Microtex 建议定期测试您的电池的比重，以了解它们的使用寿命，识别任何弱电池或故障电池，并确认其充电状态。 如果发生硫酸盐化或装料不平衡，可以执行以下步骤。
快速或快速充电 - 电池充电器
二十五年前，人们认为铅酸电池不应以高倍率充电，因为正极活性材料会受到不可修复的损坏。 人们认为快速充电会导致过多的栅极腐蚀和放气，从而导致 VRLA 电池过早和快速失效。
事实证明，快速充电不仅可以节省时间和能源，还可以消除放气并减少维护。 Kordesch 于 1972 年首次提出快速充电，用于密封镍镉电池，[17。 K. Kordesch，J. 电化学。 Soc., 113 (1972) 1053] 后来于 1993 年由加拿大的 Norvik Technologies 为 VRLA 电池开发。
他们的 Minitcharger™ 证明可以在 5 到 10 分钟内为深度放电的镍镉电池充电[18. JK Nor，美国专利 5,202,617(1993)]。
在 1990 年代初期，加拿大 Cominco 的 Valeriote、Nor 和 Ettel 将该技术推进到传统的铅酸电池中[19。 EM Valeriote, J. Nor, VA Ettel, Proc。 第五届国际铅酸电池研讨会，美国弗吉尼亚州维也纳，1991 年 4 月 17-19 日，第 93-122 页]. 1994 年，Valeriote、Chang 和 Jochim 证明该工艺也适用于薄板 VRLA 电池[ M. Valeriote，TG Chang，DM Jochim，Proc。 第 9届年度电池应用和进步会议，美国加利福尼亚州长滩，1994 年 1 月，第 33-38 页] 。
自 90 年代初以来，该技术已应用于各种牵引电池[20。 K. Nor 和 JL Vogt，Proc。 第 13届年度电池应用和进步会议，1998 年 1 月 13-16 日，加利福尼亚州长滩，191-197]。
1994 年使用 MinitchargerÔ（Norvik Traction Inc.，加拿大） [21. TG Chang, EM Valeriote 和 DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175]。
- 富液式混合电池（在本工作中称为“AP”）具有由 4.7% 锑合金制成的正极板栅和由高钙低锡合金（Pb-0.1 wt.% Ca -0.3wt.% 锡）。 每个单元格中的 PAM 重量约为 800 克，NAM 重量约为 540 克。 它是深放电型，容量为 80 Ah 20 、54.4 Ah 5和 50.9 Ah 3 )
- 重力铸造正极板栅的阀控电池由低锑合金（Pb -1.5wt. % Sb-0.3wt. % Sn（该电池在本工作中称为“ST”电池）制成。配置为 5P + 6N . 负极板由 Pb-O.12wt. %Ca-O.4wt.% Sn 合金铸造。这些电池用于深循环应用。电池容量为 54.5 Ah5和 52.5 Ah 3
发现在充满水的电池的情况下，可以实现 5 分钟/50% 的充电率和 15 分钟/80% 的充电率，并且温升是可以接受的。 在 80% 的放电深度之后，在前 40% 的电荷以非常高的速率 300 A（5 到 6 C 3安培）返回期间，主要的热源是欧姆。 电池内的温度分布不均匀。 此后，非欧姆极化变得越来越重要。 对于混合复合电池，氧循环是充电后期的主要热源，特别是与之前研究过的非锑电池相比 [21 TG Chang, EM Valeriote 和 DM Jochim, J. Power资料来源48 (1994) 163-175]。
富液式和 VRLA 电池的快速充电
表 6。
[21. TG Chang, EM Valeriote 和 DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175]。]
| 充满电的电池 | 阀控电池 | |
|---|---|---|
| 5 分钟/50% 充电率和 15 分钟/80% 充电率 | 是的 | 是的 |
| 温升 | 可接受 | 可接受 |
| 热源 | 欧姆（高达 40% 的电荷） | 氧气循环是充电后期的重要热源 |
| 收费 | 以 2.45 V/电池（14.7 V/电池）的恒定无电阻电压充电 | 以 2.45 V/电池（14.7 V/电池）的恒定无电阻电压充电 |
| 当前的 | 250 至 300 A（5 至 6 C3 安培） | 250 至 300 A（5 至 6 C3 安培） |
| 在最初的 3 分钟内 | 比 VRB 高 1 V | |
| 电流降低 | 充电 3 分钟后从 300-A 水平开始下降 | 充电 3 分钟后从 300-A 水平开始下降 |
| 温度 | 更高的欧姆加热和更高的升温速率； 4分钟后开始下降 | 充电4分钟后电流开始下降，其余充电时间均高于溢流型。 |
| 当 VR 电池的电流减小时，温度升高的速率变得更大。 6分钟后，虽然温度还在上升，但上升的速度开始下降。 充电约20分钟后温度开始缓慢下降；在相同的恒定无阻电压下，VR电池接受更高的电流，产生更多的热量。 氧气循环所消耗的能量完全 (100%) 转化为热量，而仅水分解的能量约为 40%。 |
图 17。 充电：V ref =2.45 V/cell；电流，I，=3OO A 最大值；国防部 = 80%。 [21. TG Chang, EM Valeriote 和 DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175。]
富液式和 VRLA 电池快速充电的比较。
表 7。 MinitCharger®的电池寿命
[22. K. Tomantschger, EV Valeriote, JS Klarchuk, TG Chang, MJ Dewar, V. Ferrone 和 DM Jochim，Proc。 13年度电池应用和进步会议，1998 年 1 月 13-16日，加利福尼亚州长滩，173-178。]
| 电池类型 | 电池循环寿命 | ||
|---|---|---|---|
| 常规电池充电器 | 迷你充电器® | 来源 | |
| Ni-Cd 电池，A 型 | 500 | 1400 | 英科(1989) |
| Ni-Cd 电池，B 型 | 450 | 1900 | 英科(1996) |
| Ni-MH 电池，A 型 | 400 | 1600 | 英科 (1996) |
| Ni-MH 电池，B 型 | 1500 | 超过 4000 | 英科 (1996) |
| 铅酸牵引电池，VRLA 型 | 250 | 1500 | COMINCO (1997) |
Chang 和 Jochim 也得到了类似的结果。 他们对 12V VRLA 电池（螺旋缠绕型）进行了常规充电和快速充电循环测试 [21。 TG Chang, EM Valeriote 和 DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175。 23. Chang, TG, Jochim, DM, J. Power Sources, 91 (2000) 177-192]。传统充电方式的循环寿命为 250 次循环，快速充电方式为 1000 次循环。
非常快速的充电已经取得了巨大的成功，并带来了更高的寿命。 一项调查表明，Cominco 研究团队 [22。 K. Tomantschger、EV Valeriote、JS Klarchuk、TG Chang、MJ Dewar、V. Ferrone 和 DM Jochim，Proc。 13日 年度电池应用和进展会议，1998 年 1 月 13-16 日，加利福尼亚州长滩，173-178。] 进行了一项调查，该团队发现三十种市售铅酸电池能够在5 分钟，15 分钟达到 80%，30 分钟达到 100%。 在这方面，VRLAB 的性能优于富液式 SLI 电池。
常规带电正极活性材料的特征在于较大的颗粒和众多的大孔。 在快速充电的极板上没有观察到大颗粒、孔隙或空隙。 常规充电的板表现出 2 m 2 /g 的 PAM 表面积，而那些在高电流下充电的板即使在 900 次循环后也表现出 3 m 2 /g 的表面积值[22。 K. Tomantschger、EV Valeriote、JS Klarchuk、TG Chang、MJ Dewar、V. Ferrone 和 DM Jochim，Proc。 第 13届年度电池应用和进步会议，1998 年 1 月 13-16 日，加利福尼亚州长滩，173-178 ] 。
在后一种情况下，PAM 仅缓慢膨胀，因此施加在隔板和负极板上的压力较小，从而降低了隔板中“浸透”短路和 NAM 致密化的风险。 快速充电的显着效果是，在进行 12V/50Ah 螺旋缠绕 VR LAB 的生命周期测试（在 10 小时和 15 分钟充电制度下测试时）时，常规充电电池只能循环 250 次（达到初始容量的 80%），而那些处于快速充电制度下的人可以提供大约四倍的循环。
常规和快速充电板的 PAM 和 NAM 的 SEM 图片
在 PT Moseley [Journal of Power Sources 73 _1998] 的作品中也获得了类似的结果。 122–126] ALABC-CSIRO 项目编号 AMC-009）。 VRLA 电池的高倍率电池充电使正极活性材料恢复为具有针状特性的高表面积形式，当电池以较低倍率充电时，正极活性材料形成更大的颗粒。
电池充电器示意图
您可以将电池充电器留在电池上多长时间？
这取决于两个因素：
- 充电器是否带电？
- 充电器是否有间歇性刷新充电的规定？
如果充电器关闭，将电池连接到充电器上可能没有害处，前提是充电的任何部分都没有出现故障，例如连接充电器的交流电线错误连接。
然而，如果打开充电器，最好断开电池的连接，这样过度充电的有害影响就不会缩短电池的使用寿命。
如果充电器提供间歇性刷新充电的设置，则可以将电池连接到充电器。 这将有助于将电池保持在充满电的状态，并且可以在需要电池时随时使用。
汽车电池充电器如何工作？
汽车电气系统由以下部件组成：
启动、照明和点火系统（SLI 系统）具有机械和电气组件/设备，它们协同工作以启动发动机并使车辆保持良好运行。
主要组成部分是：
- 点火开关
- 12V或24V的电池。
- 具有相关组件的高扭矩直流启动电机（或曲柄电机）
- 交流发电机整流器布置
- 电压控制器或稳压器（切断和接通继电器）
当驾驶员打开点火开关时，大电流通过控制电路从电池流到启动电机，启动电机带动车轮转动，车辆开始移动。
启动电机的目的是帮助发动机达到一定的速度，以便它可以工作。 因此，启动器帮助发动机达到运行汽车的预期速度。 完成后，启动器不再有用并因此关闭。
在自动电池充电器中，包含一个电压传感器电路来检测充电中的电池电压。 当电池电压达到所需的最佳水平时，充电器会自动关闭。
电流沿着单根电缆从电池正极流向被供电的组件，然后通过汽车的金属车身返回电池（它是大地，电池的负极连接到汽车的车身）。 机身通过粗电缆连接到电池的接地端子（负极端子）。
蓄电池提供给起动电机的电流是蓄电池容量的 3 到 4 倍，即 150 到 400 安培）。 即，电池向起动马达提供 3C 至 4C 安培的电流。 因此，承载该电流的电缆应适当设计为最小电压降。 汽车点火系统的两个主要功能是产生足够的电压，以便它可以很容易地产生燃烧空气/燃料混合物的火花，其次它控制火花的时间并将其传输到合适的气缸。 典型的汽车点火系统从 12 伏电源产生 20000 伏到 50000 伏之间的电压。
电池的大小随汽车的容量而变化。 因此，对于像 Maruti 800 或 Alto 这样的小型汽车，使用 12V/33 Ah 电池，而对于塔塔或奔驰卡车，使用 12V 或 24 V/180 Ah 电池。
当发动机工作时，汽车充电系统通常会产生 13.5 到 14.4 伏之间的电压。 它产生用于操作汽车灯、音乐系统、加热器、发动机电气系统的电流。 很久以前，直流发电机用于汽车。 在 60 年代初期，交流发电机-整流器系统取代了直流发电机，因为它具有其他优势。 但随着电气和电子技术的进步，所有汽车都使用交流发电机整流器装置（交流电产生并转换为直流电。）
在火花点火发动机中，需要一个装置在压缩冲程结束时点燃压缩的空气燃料混合物。 点火系统满足这一要求。 它是电气系统的一部分，它将电流以所需电压输送到火花塞，在正确的时间产生火花。 它由电池、开关、分电器点火线圈、火花塞和必要的接线组成。
压燃式发动机，即柴油发动机，不需要任何点火系统，因为在压缩冲程结束时将柴油喷射到高温压缩空气中时，燃料-空气混合物发生自燃。
为防止电池耗尽，制造商采用了电压调节器/断流器。 它连接/断开发电机与电池的连接。
当发电机输出低于电池电压时，它会断开发电机与电池的连接。 相反，当输出更高时，它将发电机连接回电池。 因此，它可以防止电池在低发动机转速下放电。 当电池端电压达到约 14.0 至 14.4 V 时，断路继电器将电池与充电电路断开。
我可以在连接充电器的情况下启动汽车吗？
如果不能用现有的电池启动车辆，可以通过连接充电器导线从充电器提供适当的直流电压，就好像它们是另一个类似电池的端子一样。 这就像通过快速启动启动车辆一样。 在进行这项工作之前，应采取适当的预防措施。 必须寻求专业人士的帮助。
基于应用的最佳充电器是什么？
逆变器电池充电器
逆变器是将直流电从电池转换为交流电以满足家庭或小型机构需求的电气/电子设备。 整流器执行反向功能。 即整流器将交流电转换为直流电。 DC 是为电池充电和操作某些设备所需的电流类型。
家用逆变器通常有一个或两个 12 V 电池，具体取决于各个家庭的电源要求。
不间断电源 (UPS) 是一种类似的设备，但市电断电和 UPS 恢复之间的时间延迟是即时的（零时间延迟），而在逆变器中，时间延迟为 10-20 毫秒。 在一些生产单位和银行，这种延误会给客户和银行带来巨大的损失和尴尬。 比如家用台式电脑，接逆变器屏幕会黑屏，而UPS则感觉不到断电。
众所周知，如果每节 12 V 电池以高于 14.4 V 的电压充电，除了在端子和连接器周围形成腐蚀产物外，电池还会散发出令人讨厌的恶臭和臭鸡蛋味。这可能会让用户感到不舒服，因此，这些电池的充电电压不允许超过大约 14.0 V，优选设置值为 13.8 V。由于降低了充电电压，电解造成的水分损失也会增加减少，导致两次使用经批准的水加满之间的间隔很长。带滤波器的全波整流是一个很好的补充。
汽车电池充电器
汽车电气系统负责为车载 SLI 电池充电。 正如修改充电恒电位充电中所讨论的那样，系统具有串联的电阻，以将初始浪涌电流保持在允许的范围内。 对于 12 V 电池，最大充电电压为 14.0 至 14.4 V。 SLI 电池是一种浅循环电池，每当电压下降到预定水平时就会充电。
充电时，电池通过一个称为二极管的电子设备连接到交流发电机的定子，它只允许一个方向流动，即当交流发电机空闲时，电流从定子流向电池，而不是相反方向.
因此，它可以防止电池组意外放电。
当交流发电机不产生任何电流时，断流继电器充当充电系统和电池之间的断路器。 如果发电机不工作或以非常低的速度运行，它可以防止电池放电。
在早期版本的电池中，定期加水是一项维护要求。 但是，高级电池的放气水平低，几乎不需要加水，或者每 12 到 18 个月加一次水。
用于固定应用的电池充电器
固定电池是多个装置中的应急电源，即使电源中断几分之一秒也是不能容忍的。 只需要在很短的时间内供电的大型电池装置称为固定或备用或应急电源。 它们用于公用事业、开关设备和其他工业环境。 这种电池用于在初始阶段提供电力，直到它们可以启动发电机以接管该功能。
虽然有几种类型的铅酸电池（平板电池、Planté 电池、锥形板电池等）和镍镉 (Ni-Cd) 电池可用于此应用，但大多数用户更喜欢富液式管状固定电池，特别是 OPzS 类型，用于此目的。
固定式电池组最重要的特性是在正常市电故障的情况下立即提供电池电源。 因此，电池必须始终处于准备就绪的充满电状态。 因此，充电系统变得很重要。 它的可靠性是非常关键的。
这些电池通过恒电位模式浮充电。 它们分为 24、48、72、120 和 130 V 的电压组。容量范围可能从 40 Ah 到几千安培小时。
6 至 50 安培直流。 内置高直流电压、低直流电压、正负极接地故障和放电结束警报。 工业电池充电器具有数字控制和 LCD 显示屏。 包括许多安全功能，例如所有现场端子上的电线保护以及完整的交流输入和直流输出保护
购买电池充电器的简单指南
以下是选择电池充电器的指南：
- 知道要充电的电池的电压。 对于铅酸电池，对于每个电池，需要 3 伏才能令人满意和正常充电。 因此，对于 12 V 电池，请购买在端子处具有 20 V DC 输出的充电器。
- 来到安培细节（即电流）：从电池标签，找出电池的容量。 如果容量为 100 Ah，以 10 小时的速率计算，则 10% 的电流输出就足够了。 因此，建议使用 10 A 充电器。 但您也可以使用 15 A 充电器；那么成本会更高。 优点是电池可以在更短的时间内充电。 电池在初始阶段可以吸收更高的电流。 因此，您可以为前 50% 的输入以 15 A 的电流充电，然后将电流降低到正常的 10 %.
- 充电器可配备数字或模拟电压表和电流表。 一个额外的设施将是一个数字 Ah 表。 此外，还可以添加反极性保护。 这将保护电池和充电器。
- 带滤波器的全波整流器有利于延长电池寿命。 这种充电器会产生低交流纹波，因此充电过程中正极板栅的腐蚀和电解液的温升会更小。
- 总而言之，对于 12 V/100 Ah 电池，额定值为 20V/10 安培、带有数字仪表和具有全波整流和反极性保护的滤波器的充电器是一个不错的选择。
火车电池充电器
[参考资料： SG TL & AC 客车的 25 kW/4.5kW 电子整流器兼调节器单元 (ERRU) 手册，2019 年 9 月。“一般服务：火车照明”，印度政府铁路电气工程师学会 (IREE)，铁道部，2010 年 9 月。]
无论您走到哪里都需要电力，并且铁路客车不能免除操作灯和风扇。 对于空调 (AC) 客车，运行客车内的空调装置需要相当多的电力。
传统的发电方法之一是使用由铁路客车车轴驱动的交流发电机，其中并联有足够安培小时容量的电池，以便在低电压条件下为客车供电。 这些类型的教练被称为“自我产生（SG）”教练。
在这些 SG 客车中，磁放大器控制的整流器兼调节器单元 (RRU) 最初用于将交流发电机的交流输出转换为直流，并通过调节交流发电机的励磁电流来调节/控制产生的直流电压。 这还可以防止在非发电期间电流从电池反向流动到交流发电机。
这种经过整流和调节的直流电源用于操作客车内的各种电气设备和配件并为电池充电。
110 V / 120 Ah 10容量的铅酸电池由 3 个单体电池单元排列在宽轨 (BG) 车厢内的悬挂箱中。 每端壁上设有4个BG用应急馈电接线盒和一个MG客车应急馈电接线盒，用于在发电失败时将客车与相邻客车互连以接收电力。
底架两侧中央设有一个数字应急接线盒，方便外接电池充电。 （例如，当火车在铁路枢纽站台上闲置时）。 对于 BG AC 客车，使用 18 kW / 25 kW 无刷交流发电机。 AC-2 Tier /AC-3 Tier / Chair Cars 中使用了两个这样的交流发电机，而 First AC 客车中仅使用了一个交流发电机。 BG Coaches 的 I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier/椅车使用 800 / 1100 Ah 容量 10 小时的电池。
虽然印度的第一列火车于 1883 年 4 月 16日从 Bori Bunder（现在更名为孟买 CST）到 Thane 行驶了 34 公里，载有 400 人，但 M/s 首创的通过轴驱动发电机的火车照明系统 (TL)。 J. Stone & Co. 仅在 1930 年才加入印度铁路公司。 发电机/无刷交流发电机通过平带/“V”形皮带从车轴驱动，在列车行驶时提供负载并为电池充电。 当火车在站台和其他地方闲置时，电池为负载供电。
目前正在使用以下列车照明系统——
1) 使用 110 V DC 电源工作的轴驱动系统。
2) 中代 415 V，三相交流 110 V 利用率。
3) 以 3 相 415 V 发电和交流 110 V 使用结束发电
4) 以 3 相 750 V 发电和交流 110 V 使用结束发电
所有正在建造的客车都只有一个 110 V 系统。 在 24 V 系统中运行的客车已经转换为 110 V 系统。
ERRU 直流输出端子的标准额定值对于不同额定值的交流发电机如下：
(i) 25 千瓦，130 伏，193 安
(ii) 4.5 千瓦 128.5V 35A
ERRU 安装在客车底架上，设计用于在-5°C 到55°C 的温度范围和98% 的相对湿度下令人满意地工作。 它还设计用于在多尘地区工作，以承受服务振动和分流冲击。
动力传输是通过 V 型皮带进行的。 共 12 号（每边 6 号）和 4 号。 AC 和 TL 交流发电机上分别提供 C-122 尺寸（仅一侧）。 交流发电机的速度从 0 到 2500 RPM 不等。 新车轮直径为 915 毫米，完全磨损时为 813 毫米，计算列车速度时应考虑新车轮直径（以公里/小时为单位），对应于切入速度和满载最低速度（MFO）交流发电机的速度。
电子整流兼稳压单元 (ERRU)（25 kW 和 4.5 kW）的输出特性如下：
空载直流输出电压最大135V，可设置为 128 ± 0.5 V，97 A（用于 1100 和 650 Ah 电池）和 128 ± 0.5, 19 A（120 Ah电池）在 1500 rpm（最小和最大速度之间），电压调节为 ± 2 %, 效率 95%（最小）。 电压纹波保持在 2 %. 在 400 rpm 至 2500 rpm（适用于 1100 和 650 Ah 电池）和 350 RPM 至 2500 rpm（120 Ah 电池）的速度下，负载变化为 10 A 至 193 A。
对于更高容量的电池，15% 过载时的电压为 222 A 时的 120 V（最小值），电流限制为 230A（最大值）。 对于 120 Ah 电池，40 A 过载时的电压设置为 115 V（最小值）。
1100 Ah 电池的电池充电电流限制为 220 A，650 Ah 电池为 130 A，120 Ah 电池为 24 A（最大）。 最后两个参数可以从通用电压控制器 (UVC) 以及教练指示面板 (CIP) 设置。
对于 4.5 kW EERU，负载变化将在 350 RPM 至 2500 rpm 时为 1 A 至 37.5 A。 40 A 过载时的电压为 115 V（最小值），电流限制为 43A（最大值）。
我们可以看到充电电流为1100/220 = 5； 650/130=5 和 120/24=5。 也就是说，所有这些电池的充电电流限制为 C/5 安培，最大电压为 128 V。（即，比电池组的 OCV 高 16%）。
欲了解更多有关 The Total Coach 框图的详细信息，接线如下图和 Alternator-ERRU System 框图，可以参考下面给出的链接：
牵引电池充电器
叉车蓄电池的性能和寿命受牵引蓄电池充电器和采用的充电方法的影响。 叉车电池充电器应根据电池的电压和Ah来选择。
一个好的叉车电池充电器
- 充电时应限制温升
- 在没有过度充电的情况下，充电器必须在适当的时候停止向电池提供电流
- 应该有均衡充电设施（即以更高的电流充电）。
- 在危险情况下，应提供自动关闭设施。
- 应通过微处理器或 PC 进行编程。
- 在一些充电器中，还通过电池中的细空气管提供空气搅拌。
充电电压范围为 24 V 至 96 V。
电流取决于电池的容量，范围从 250 Ah 到 4000 Ah
牵引电池充电方法
单步锥形充电：充电器在16A/100Ah左右开始工作，电流随着电池电压的升高而逐渐减小。 当电芯电压达到2.4V/电芯时，电流逐渐减小到8A/100Ah，然后达到3～4A/100Ah的完成率。 充电由定时器关闭。 在没有空气搅拌的情况下，放电 80% 的电池可能需要大约 11 到 13 小时（Ah 输入系数 1.20）。
充电时间的差异是由于启动电流的变化，即启动电流为16A/100Ah时持续时间较短，12A/100Ah时持续时间较长。 使用空气搅拌设备，持续时间减少到 9 到 11 小时（Ah 输入系数 1.10）。
两步锥形充电（CC-CV-CC 模式）：它是对早期方法的改进。 充电器以 32 A / 100 Ah 的更高电流启动。 当每节电池电压达到 2.4 V 时，充电器自动切换到锥形模式，电流继续逐渐减小，直到达到每节电池 2.6 V，电流达到 3 至 4 A/100 Ah 的最终速率并持续 3 至 4小时。 在没有空气搅拌的情况下，放电 80% 的电池可能需要大约 8 到 9 小时（Ah 输入系数 1.20）。 使用空气搅拌设备，持续时间减少到 7 到 8 小时（Ah 输入系数 1.10）。
胶体阀控式铅酸蓄电池充电：（CC-CV-CC 模式）：
充电器以 15 A / 100 Ah 的电流启动。 当每个电池的电池电压达到 2.35 V 时，充电器会自动切换到锥形模式，充电器会以相同的电压进入 CV 模式。 这最多需要 12 小时。 只要充电电流降至 1.4 A/100 Ah 的限制值，CV 步长就会保持恒定。 第二阶段可能持续几个小时，最长为 4 小时。 该持续时间取决于第一阶段的持续时间。
高频叉车电池充电器
现有的充电器通常有两种类型：铁磁谐振和可控硅整流器 (SCR)。 它们更实惠，但效率也较低。
包含高频开关功率器件的电池充电器，例如 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和 IGBT（隔离栅双极晶体管）的工作频率远高于线路频率（几 kHz 到几百 kHz）。 相比之下，MOSFET 和 IGBT 具有全开/关能力，可以随时精确控制，以允许充电器产生所需的输出。 SCR 是具有不可控关断的半控制设备。
HF 充电器用作开关电源，这意味着它们可以高频 (50-170 kHz) 打开和关闭电子开关。
这种 HF 技术的优点包括：
| 高频电池充电器 | |
|---|---|
| 高达 170 kHz 的高频 | 转换损失较低 |
| 提高充电效率（87 至 95%） | 由于节能而降低能源成本（高达 20%） |
| 降低交流纹波电流 | 由于温升较低，因此使用寿命更长。 因水损失少而降低维护成本 |
| 它具有普遍适应性 | 富液电池、AGM 电池和胶体电池都可以充电而不会出现任何过充或欠充。 |
| 体积更小、重量更轻、更节省空间 | 它有一个更小的脚空间，可以很容易地安装在船上 |
| 此类充电器有不同的范围，从 24 V 到 80 V 电池的充电器，充电电流为 40 到 300 A。 | |
用于地下采矿电池应用的电池充电器
地下矿用蓄电池主要是深循环铅酸蓄电池。 典型电压范围为 48 至 440 V，容量范围为 700 Ah 至 1550 Ah。
为这些电池充电类似于为牵引电池充电。 电池在
最初为 2.6 V，每 100 Ah 的电流为 21 A 至 17 A，最后为每 100 Ah 的 4.5 A 作为完成率。 充电可在 6 至 8 小时内完成。
电池符合 IS 5154:2013 第 1 部分 (IEC 60254-2006)
船用电池充电器
船用电池可分为两种类型。 启动器电池具有更薄的极板，能够在短时间内提供大量爆发式电力。 另一种类型是深循环电池，用于其他船舶应用，如电子配件、拖钓电机和船上电气和电子设备。 此外，双功能电池既可用作 SLI 电池，也可用作深循环电池。 特定的充电器用于特定的电池。 VR铅酸电池应使用CC-CV模式。
还有充电器最多可以同时为四块电池充电。 可以为所有类型的船用电池、VR 电池（AGM 和凝胶电池）以及低维护富液式电池充电。
由于电池和充电器是在船上使用的，所以它们应该保持干燥并有足够的通风。 它们还应该防水、防震和抗振，并且如果需要完全密封。 此外，您应该确保充电器具有反极性保护功能和防火花功能。
用于太阳能应用的电池充电器
由于太阳辐射的变化，SPV 电池板的输出会波动。 因此，在 SPV 面板和电池之间连接了数字最大功率点跟踪器 (MPPT)，以确保充电过程无忧。 MPPT 是一种电子 DC 到 DC 转换器，旨在优化太阳能电池阵列（PV 面板）和电池组之间的匹配。 它感应太阳能电池板的直流输出，将其转换为高频交流电，然后逐步降低到不同的直流电压和电流，以完全匹配电池的功率要求。 下面解释了拥有 MPPT 的好处。
大多数光伏电池板的输出电压为 16 至 18 伏，即使 SPV 电池板的标称电压额定值为 12 V。但标称 12 V 电池的实际电压范围可能为 11.5 至 12.5 V (OCV)，具体取决于荷电状态 (SOC)。 在充电条件下，必须向电池输送额外的电压分量。 在普通充电控制器中，SPV 面板产生的额外功率会以热量的形式散发，而 MPPT 会感应电池需求，如果 SPV 面板产生更高的功率，则会提供更高的功率。 因此，通过使用 MPPT 避免了浪费、充电不足和过度充电。
温度会影响 SPV 面板的性能。 当温度升高时，SPV 面板的效率会降低。 （注意：当SPV面板暴露在较高温度下时，SPV面板产生的电流会增加，而电压会下降。由于电压下降比电流增加快，所以SPV面板的效率会下降。）。 相反，在较低温度下，效率会增加。 在低于 25°C（这是标准测试条件 ( STC ) 的温度）的温度下，效率会增加。 但从长远来看，效率将保持平衡。
