Microtex Neos 電池充電器
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電池充電器 - 為鉛酸電池充電

電池可以定義為一種電化學裝置,可以將其活性材料中的化學能轉換為電能。 如果導致一種形式的能量轉化為另一種形式的能量的反應是可逆的,那麼我們就有了一個可充電或二次或存儲單元。 這種細胞可以在每次放電后反覆充電,以反轉反應的方向。 為了使電池提供其預期的設計壽命,它必須在必要時進行適當的充電。

那些具有不可逆反應的細胞稱為原代細胞。
鉛酸電池由正負極組成,正極和負極由稱為隔膜的絕緣膜隔開。 使用硫酸的稀溶液作為電解質。 正極活性物質為二氧化鉛(PbO2),負極活性物質為鉛。
在我們深入研究電池充電器的細節之前,有必要簡要瞭解一些與電池相關的事項。

安培 是電流的單位(定義為電子的連續流動)。 當一庫侖(或一安培秒)在一秒鐘內超過一個點時,電流被定義為1安培。

電壓 可以作為電子在電子導體中流動的驅動力,單位是伏特。 當1安培秒具有1焦耳的能量時,我們說它具有1伏的電勢差。

這兩個術語可以比作建築物中的高架水箱。 水箱的高度越高,水流出的力就越高。 同樣,從水箱到使用者點的輸水管道直徑越大,使用者接收的水量就越大。 管道中流動的水可以與水流動的速率進行比較。

安培小時(Ah) 是電量,它是電流和時間的乘積。
1 Ah = 1 A * 1 小時。
瓦特(W)是功率, 它是電流和伏特的乘積。 較高的單位是千瓦(= 1000瓦)。

兆瓦,兆瓦(=1000千瓦)和千兆瓦,吉瓦(10億瓦(1,000,000,000瓦) )。 W = 1 A * 1 V= VA。

能量(Wh) 是單位時間內提供的功率。 較高的單位是千瓦時(= 1000瓦時)

兆瓦時,兆瓦時(= 1000千瓦時)和千兆瓦時,吉瓦時(=(十億瓦時(1,000,000,000瓦時)。

GW單位用於指大型發電站的輸出。 GWh用於指大型電動汽車(EV)電池行業和大容量電池存儲系統的生產能力Wh = 1 W * 1 h = 1 Wh
在電池術語中,如果電池的電壓為12,其容量為100,則可以說電池具有1200 Wh(或1.2 kWh)。
12 V * 100 Ah = 1200 Wh 或 1.2 kWh。

由電池 的單位品質 提供的功率稱為 比功率 ,單位為每千克W。
比功率r = W/kg 和 kW/kg。
同樣,電池 單位品質 提供的能量稱為 比能量 ,單位為每千克Wh。
比能量 = Wh / kg和kWh / kg。 (也寫作Wh kg-1)
同樣,電池 單位體積 提供的功率稱為 功率密度 ,單位為每升W。
功率密度 = 瓦/升和千瓦/升。
電池 單位體積 提供的能量稱為 能量密度 ,單位為每升Wh。
1 W = 1 J 每秒

能量密度 = 瓦時/升和千瓦時/升。 (也寫作W L-1或W l-1)

鉛酸電池的放電-電荷反應為

Pb (NP) + PbO2 (PP) + 2H2SO4 放電⇔充電 PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (接近 PP)

注意 :NP = 負極 = 放電過程中的陽極 = 放電期間的電子供體。 PP = 正極 = 放電過程中的陰極 = 放電期間電子的受體

電極的作用在充電過程中將顛倒;陽極將表現為陰極,反之亦然。 電子受體現在將釋放電子,供體將接收它們。

術語 熱力學自由能 是可以從系統中提取的功的度量。 在原電池的情況下,由於反應物之間的化學相互作用,電工作是通過帶電粒子的運動來完成的,以產生結果(產物)。

因此,能量以ΔG

給出即吉布自由能的變化,它代表了可以從能量轉換過程中提取的最大化學能量。

如果
E
電池和正在發生的過程(即, 鉛酸電池的放電),與 n

法拉第(F)

從一個電極到另一個電極的每摩爾反應物,則電池完成的電功為
nFE
. 自由能的相應增加等於在系統上完成的電氣功。 因此

ΔG = nFE 或

ΔG = -nFE 或

-ΔG° = nFE°

(在標準條件下;E°是指標準電極電位或標準電池電壓)。

吉布斯方程

標準條件是什麼意思?:25°C或攝氏(298.1°K或開爾文),1巴壓力,反應物質 Pb2 +的活性(可近似地視為濃度值)為一)。

這個方程被稱為
吉布斯方程。

吉布斯方程 將電池電壓與自由能(DG)的變化聯繫起來。 如果反應是自發發生的(例如 鉛酸電池的放電),ΔG 為負(能量被釋放),EMF為正,即nF電荷將自發地沿細胞反應中假設的方向流動。

另一方面,如果ΔG 為正,則使系統能夠執行電解現象(即,在 鉛酸電池電荷期間)。

電池的電動勢

電池的電動勢是一種
密集的熱力學性質
,即與反應物的質量和電池的大小無關。 密集性質(與
廣泛性質
相反)不取決於反應物的品質,因此也取決於電池的大小。 無論您的材料是幾毫克還是幾公斤,系統都會顯示相同的電壓,並且不能通過增加材料的品質來增加電壓。 單個電極電位是該電極材料的固有電化學性質,在類似條件下不能改變其值。

密集性能的例子是電極和電池的電壓;另一方面,
廣泛的屬性
取決於物質的量,例如質量,體積,能量,安培小時和瓦時。 因此,從理論上講,鉛酸電池中4.5克二氧化鉛活性物質將提供一安培小時(Ah),但如果你有45克,它將提供十倍的Ah。 因此,它是一個廣泛的屬性;在這兩種情況下,電極電位將相同,即1.69 V.對於鉛和硫酸活性材料可以提出相似的論點。

標準電池電位(E°)與上面給出的標準自由能變化(DG°)有關。

鉛酸電池的電動勢可以從表達式中確定

ΣΔGº ƒ 的產物 – ΣΔGº ƒ 的反應物

其中ΔG°ƒ 是指反應物質形成的標準自由能。

形成的標準自由能

表 1

形成的標準自由能,參與細胞反應的化學物質的ΔG°ƒ

(HansBode,《鉛酸電池》,John Wiley,紐約,1977年,附錄四,第366頁。)

反應物/產品 數值 (k cal mole−1 )
二氧化鉛 -52.34
0
H2SO4 -177.34
鉛酸4 -193.8
氫氧化氫 -56.69

整體反應寫為

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O E° = 2.04 V.

ΔG° = ΣΔGº ƒ 產物 – ΣΔGº ƒ 反應物

通過替換相應的值(例如,我們從標準教科書中獲得的值 [1. 漢斯·博德,《鉛酸電池》,約翰·威利,紐約,1977年,附錄四,第366頁]

= [2(193.89) + 2(56.69)] [0 52.34) + 2(177.34)]

= 94.14 千卡摩爾

1

= 94.14千卡摩爾

1 × 4.184 kJ 摩爾

1 (將 kcal 轉換為 kJ 乘以 4.184)

= 393.88 千焦/摩爾

E° = -ΔG°/nF

= 393.88 × 1000)/2 × 96485

= 204 V 用於鉛酸電池

鉛酸電池的標準電池電壓為2.04 V

鉛酸電池的整體或總細胞反應寫為:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 放電⇔充電 PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (接近 PP)

在我們進入鉛酸電池的充電和放電的細節之前,我們應該對電化學中使用的某些術語有一些瞭解。

我們已經知道 標準條件的含義。

當我們干擾細胞反應(無論是正向還是反向)時,我們說細胞處於 紊亂狀態 ,而不是 處於平衡狀態。

每當電化學系統受到干擾時,總會與標準電位存在差異。 因此,如果鉛酸電池被迫在放電方向上,電池電壓會降低一定值,這取決於電流的大小。 當前值越高,與標準值的偏差就越大。

現在電池電壓將是

EDisch = E° – δV.

EDisch 的值將低於 E°的值。

相反,如果電池被強制朝相反方向(即充電模式),電池電壓將增加一定值,這再次取決於電流的大小。

ECh = E° + δV。

δV 的值稱為
過壓或過電勢
,用
符號 η
表示。

δV的值對於放電反應為負,對於電荷反應為正。

這種電池電壓死亡或增加的 現象 稱為
極化
,電極被稱為 極化狀態。

因此,我們按如下方式重寫等式:

EDisch = E° – η。

ECh = E° + η。

因此可以看出,在放電期間

EDisch < E° 和

充電期間

ECh > E°.

這種電壓偏差的原因是什麼?

造成這種偏差的原因有以下幾個:

  1. 內阻(IR)引起的損耗(η歐姆
  2. 在過程開始時由於兩個電極上的電荷轉移而引起的活化極化η t。
  3. 由於電解質和其他參與物質的消耗引起的濃度極化(η c)。

通過使用具有更好導電性的電極集流體和電解質,可以減輕由於IR極化引起的損耗。 具有較低電阻的分離器也會有所説明。

活化極化與電荷載流子跨越電極相界的轉移有關,該過程被指定為轉移反應。 由於兩個電極上的電荷轉移反應引起的轉移過電壓可以通過具有相容的多孔結構在電池電極中大大減少。 後者增加了可用於反應的實際內表面積(BET表面積,包括孔隙,裂縫和裂縫的面積),而不是通過增加可用於反應的尺寸,長度和寬度獲得的表觀表面積。

電流密度

這反過來又降低了 電流密度 (即每平方釐米的安培數)。 因此,與孔隙率為50%的板相比,由於活化極化,聚集孔隙率為40%的板材將導致更高的損耗。

濃度極化(ηc如果反應產物(硫酸鉛和水分子,在鉛酸電池的情況下)沒有從電極表面轉移出來,為新鮮的反應物讓路(例如,在鉛酸電池的情況下,來自電極的鉛離子和來自電解質的硫酸根離子),則會更多。ηc 在放電反應結束時會更明顯。 在細胞內,離子的運輸是通過 擴散和遷移來完成的

擴散是由濃度的差異引起的,而遷移是由電場的力引起的。

擴散可能發生在電解質或分離器的大部分中:由於離子在一個電極上產生並在另一個電極上消耗,因此離子必須在電極之間移動。

隨著電化學反應的進行,它也發生在多孔電極中。 反應產物可以通過擴散在活性物質內移動到其最終位置。

通過遷移攜帶的特定離子物種(帶電粒子)攜帶的總電流份額是其轉移數的函數。 在二元電解質中,解離成陽離子和陰離子,轉移數通過等式相關

ɩC + ɩA= 1,

其中 ɩC + ɩA 表示陽離子和陰離子的傳輸數。

轉移數取決於離子的濃度和溫度。 在二元鹽溶液中,它們幾乎接近0.5。 因此,兩種離子物種在離子電導率方面具有同等的份額。

由於質子(H+)和羥基離子(OH)的離子遷移率較高,強酸和強鹼會發生顯著偏差。 電池電解質硫酸(解離成H+和HSO2-4)和氫氧化鉀(解離成K+OH-)的值如下。4 個

ιH+ = 0.9;ɩHSO42-

= 0.1;ιK+ = 0.22;ιOH-= 0.78

轉移數是衡量特定離子的濃度在多大程度上受到由於電流引起的遷移的影響。 值越小表示對遷移過程的影響越小,值越大表示對遷移過程的影響越大。

2. D. Berndt,在電池技術手冊中,編輯。 H.A. Kiehne,第二版,2003年,Marcel Dekker, Inc.,紐約,表1.2。
3. J S 紐曼. 電化學系統。 恩格爾伍德懸崖:普倫蒂斯霍爾,1991年,第255頁。
4. S U Falk, A J Salkind. 鹼性蓄電池。 紐約:John Wiley & Sons,1969年,第598頁

為了清楚起見,我們必須了解放電反應是如何進行的。 一旦電池端子連接到消耗裝置,電子就開始通過外部電路從負極流向正極。 在電池內部,帶電粒子的職責是照顧電流。 帶電粒子是質子(H+)和硫酸氫鹽離子(HSO ̄4)。

在放電過程中,負 HSO ̄4 離子(在本例中,來自電解質硫酸的硫酸氫鹽離子,其解離為 H+ 和 HSO ̄4)向負極板移動。 這些負離子與活性物質Pb結合,產生硫酸鉛,PbSO4。 該反應還產生一種帶正電荷的氫離子,稱為質子),該氫離子遷移離開。 由於鉛活性物質的陽極反應而釋放的兩個電子,通過外部電路到達正極。

負極板或陰性半池反應:Pb + HSO ̄4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e E°= -0.35 V

二價鉛離子和硫酸根離子立即結合形成硫酸鉛,並作為硫酸鉛沉積在負極板上。

到目前為止,我們已經看到了負板反應的圖片。

現在讓我們看看在正盤上同時發生了什麼。

來自負極板的電子在到達正極后,與正極活性武術PbO2反應,形成硫酸鉛和兩個水分子。

正極板或陽性半池反應:PbO2 + 3H+ + HSO ̄4 + 2e ⇄ Pb2+ + SO4 2- + 2H2O E° = 1.69 V

二價鉛離子(Pb2+)和硫酸根離子()立即結合形成硫酸鉛,並作為硫酸鉛沉積在正極板上。

溶解-沉積或溶解-沉澱機理

這種類型的反應,其中鉛和二氧化鉛溶解為鉛離子,並立即作為硫酸鉛沉積在各自的電極上,這是通過
溶解 – 沉積或溶解 – 沉澱機制發生的。

現在,通過結合兩種半細胞反應,我們有

負極板或陰性半池反應:Pb + HSO ̄4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e

陽性板或陽性半電池反應:PbO2 + 3H+ + HSO ̄4 + 2e ⇄ Pb2+ + SO42- + 2H2O

整體或總反應:Pb+PbO2+2H 2SO4 放電⇔充電2PbSO4+2H 2O

這種反應理論是由Gladstone和Tribe在1881年提出的,但鉛酸電池是由法國物理學家Raymond Gaston Planté於1859年發明的。

J.H. Gladstone and A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators, Nature

, 25 (1881) 221 & 461.

J.H. Gladstone and A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators, Nature, 26 (1882) 251, 342 & 602;27 (1883) 583

放電反應將持續到大約一半的活性物質轉化為硫酸鉛,以緩慢的放電速率,例如20或10小時的速率。 到這個時候,活性材料的電阻率將增加到這樣的值,進一步的放電將導致電池電壓的快速下降。 通常,每節電池的電壓不允許低於1.75 V。

超過80%放電深度(DOD)的深度放電將使後續充電更加困難。

一旦鉛在放電反應中溶解為鉛離子,它就會與硫酸根離子結合並沉積在負極板上。 鉛離子或硫酸鉛分子不會遠離負極板。 這是因為硫酸鉛在稀硫酸溶液中的溶解度非常低。 它在每升1毫克以上,在電解質濃度高的地方,二價鉛離子沉積到硫酸鉛中的速度會更快。 隨著排放的進一步進行,硫酸鉛在電解質中的溶解度增加到每升4毫克。

之所以如此,是因為酸由於進一步排放而變得更加稀釋,並且在這種稀酸中,硫酸鉛的溶解度更高,高達每升4毫克。
如此沉積的硫酸鉛將繼續生長到表面和裂縫和縫隙上各種大小的晶體。 . 薄膜在結構上將是不連續的。 在緩慢的放電過程中,這種不連續形式的硫酸鉛結構有助於活性物質的內部部分參與反應,因為它提供了一個開放的結構,便於離子的進入。 因此,放電過程可以深入板的內部。

相反,在高放電速率下,表面被放電產物PbSO4阻擋,其形成連續結構而沒有任何斷裂。 因此,板內部的進一步反應受到阻礙,這就是為什麼我們無法在更高的放電速率下獲得預期的容量。

鉛酸蓄電池的充電

在充電反應過程中,發生反向現象,電流被逆轉,氧化需要
放置在正極處,在負極處還原。

表 2

兩個電極在充電和放電過程中的特性

電極 排出 充電
負極板 多孔(海綿狀)鉛
陽極
放棄2個電子
鉛 -2e- → 鉛 2+
電壓降低(變為不太正)。
轉換為 PbSO4
~ 40 % 鉛 + ~60% 鉛酸4
陰極
吸收2個電子
PbSO4 中的 Pb2+ 吸收 2 個電子
電壓降低(變為負數)
回收成鉛金屬
H2 在過充電期間演變
正極板 多孔二氧化鉛
陰極
吸收2個電子
Pb4+ (來自 PbO2) + 2e- → Pb2+
電壓降低(變為不太正)。
轉換為 PbSO4
~ 50 % PbO2 + ~50% PbSO4
陽極
釋放2個電子
PbSO4 中的 Pb2+ 變為 PbO2
重新轉換為 PbO2
電壓增加
O2在過充電過程中進化

圖 1
增壓和放電反應中鉛酸電池電位的變化值
電池電壓是原電池功能任何階段的兩個值的組合
因此
電池電壓 = 正極電位 – 負極電位
因此
鉛酸電池的開路電壓或平衡電壓 = 1.69 – (-0.35) = 2.04 V
在放電結束時或接近放電結束時,電池電壓,EDisch = 1.50 – (- 0.20) = 1.70 V
在充電結束時或接近充電結束時,電池電壓ECh = 2.05 – (-0.65) = 2.70 V

Change-value-of-potential.jpg

電池充電器 - 充電係數

可充電電池需要充電才能取回上次放電時消耗的Ah容量。

與之前的輸出相比,將電池帶到先前的完全充電狀態所需的Ah量將增加10%至15%。 電荷輸入與先前輸出的比率稱為電荷係數

電荷係數 =輸入 Ah / 先前輸出 Ah = ~ 1.1 至 1.2。

也就是說,應該投入大約10%到20%的額外Ah來補償二次反應,這些反應是由水分解過充電反應和電網腐蝕反應構成的。 此外,由於內部電阻,一小部分將丟失。

電池充電器 - 鉛酸電池的充電效率

安培小時效率

毫秒或庫侖效率和能量或瓦特小時效率

從上述論點可以看出,我們必須定義所謂的「充電效率」。

安培小時效率

印度標準IS 1651對測試程式的描述如下:

  1. 充滿電的電池應以十小時的速度放電至每節電池1.85伏的終端電壓。
  2. 應計算確切的 Ah 輸出。
  3. 電池現在在相同的電流下以相同的安培小時數進行充電。
  4. 電池現在像以前一樣進行第二次放電。
  5. Ah(庫侖)效率= ηAh = Ah在第二次放電期間傳遞的Ah / Ah輸入。

能量或瓦特小時效率

瓦特小時效率的計算方法應是將上述得到的安培小時效率乘以平均放電和再充電電壓的比率。

能量或瓦特小時效率 = ηWh = ηAh * (平均放電電壓 / 平均充電電壓)

在輸入等於先前放電的100%的情況下,鉛酸電池充電的 安培小時(或庫倫)效率 幾乎等於95%, 能量或瓦特小時效率 約為85-90%。 印度標準(IS 1651)還規定最低安培小時效率為90%,最低瓦時效率為75%。

充電效率受正極板而不是負極板的限制。 當正極上約四分之三的硫酸鉛被轉化回二氧化鉛並且水不能足夠快地擴散到內板多孔結構中時,會發生二次反應,例如氧氣的演變。 在一段時間內,充電電流分佈在將PbSO4 轉換為PbO2 的初級過程和二次過充電反應之間。 如果充電持續足夠長的時間,以至於幾乎所有的硫酸鉛都會轉化為二氧化鉛,那麼所有的充電電流都會用於二次反應。

電池充電器的充電電壓

如前所述

ECh > E°.

因此,我們必須提供更高的電壓才能促進這種反應。 通常,一個好的充電器將設計有足夠高的電壓源進行充電。 一個好的經驗法則是,對於2 V電池,必須提供至少3 V,以便電池可以通過達到每節電池2.7 V的電壓來獲得完全充電。 但我們必須考慮到電纜等的損耗。

因此,對於12 V電池,電池充電器應至少提供18至20 V。

如果將此電壓降低到低於15 V,則電池無法達到完全充電狀態。

充電期間:2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
兩個電極上的硫酸鉛溶解為鉛離子,並立即作為鉛沉積在負極上,並作為PbO2沉積在正極上。

在正極板上

PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ +SO4 ²- + 2e

電子進入負極板進行進一步反應

在負極板上

PbSO4 + 2e → Pb +SO4 ²-

由於硫酸根離子在兩個板上都再現,因此它們與質子結合形成硫酸,因此電解質的比重增加。

電池充氣

到目前為止,我們只看到了充電過程中的有用反應。 但是在過充電期間會發生一些副反應或二次反應。 兩個主要的繼發性或副反應是:

  1. 電解水和
  2. 正極柵格的腐蝕

這些反應可以表示如下:

水電解

2H2O → O2 ↑ + 2H2 ↑ (在兩塊過量 淹沒的電解質鉛酸電池板上)

來自正極板的氧氣和來自負極板的氫氣通過排氣塞孔排出到大氣中。

但在閥控式鉛酸蓄電池(VRLA)電池中,氧氣確實會進化,但氫不會。 如此演變的氧氣也不允許排出,而是通過吸收性玻璃墊(AGM)分離器中可用的空隙擴散,並與負活性物質反應以再生水分子。 這是使VRLA細胞能夠在不加水的情況下茁壯成長的步驟。

2H2O → O2 + 4H+ + 4e – 在饑餓電解質或閥控式密封鉛酸纖維素電池的正極板上

鉛酸電池中正極柵格的腐蝕

在這兩種類型的鉛酸電池中,正柵腐蝕以相同的方式發生:

電網腐蝕:Pb + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 4e

如果將鉑電極製成陰極,則氫氣幾乎在可逆

溶液的氫勢。 對於其他電極,例如鉛,需要更大的負電位

使這種反應發生。

在電池電壓達到2.3 V值之前,氣體可以忽略不計。 但氣體放電從每個電池2.4 V開始。 超過2.4 V,充氣會更多,因此充電效率會降低。 在2.5 V時,充氣量很大,電池電解質的溫度將開始上升。 現在有足夠的氣體來提供電解質的攪拌,比重開始平衡。 當電池閑置時,電解質的比重在底部會比在頂部略高。 如果細胞較高,則會加重這種情況。

鉛酸電池可以以任何不會導致過度充氣,高溫和極高電壓的速率充電。 完全放電的電池可以在充電開始時吸收高電荷率,而不會發生氣體,也不會出現任何明顯的電壓和溫度升高。

在充電過程的某個時間,當幾乎所有的硫酸鉛在正極板中轉化為二氧化鉛時,二次反應佔主導地位。 這些是水電解反應和正電網腐蝕,如前所述。

這種正格柵腐蝕從第一次充電開始,從形成階段(或在罐子形成的情況下)開始。 這種腐蝕是鉛酸電池壽命最不利的方面。 由於每當電池進入過電區時,正電網的腐蝕就會發生,因此電網結構的一部分被轉換為二氧化鉛,因此電網的重量在每個腐蝕時期都會下降一點。 最終,當來自網格上反應位點的電子無法行進到母線時,將達到一個階段,因為沒有連續的網格結構的可用性

結果,部分活性材料不能參與能量生產過程並且容量下降,導致電池壽命結束。

鉛酸電池的製造商試圖通過加入合金元素來緩解這個問題,這些元素增加了鉛合金的耐腐蝕性。 一些這樣的合金成分是分數百分比的砷(As)和銀(Ag)。 通常,在正合金中,As的量約為0.2%,Ag約為0.03%至0.05%。

電池充電器 - 電流接受的含義

當前的接受程度由電池的設計決定。 例如,一個類似的Ah電池組裝有較多的板(即板將更薄),可以接受更高的充電電流,因為表面積增強。 有關測量單個板的電荷效率的詳細程式,請參閱K. Peters的一篇文章。. [8]

負極板的電荷接受度大於正極板(見圖1),這主要是由於其更粗糙,更開放和孔隙結構,容易允許酸擴散到板內部。 正極開始在70-80%SOC時過度充電,這取決於幾個設計因素。 一些內部參數化設計因素是孔隙結構,真實表面積等。 其他外部參數包括以安培為單位的充電電流、電解質的溫度等。

負極板的電荷接受度較高,並且在相對較晚的時期(SOC為90%)進入過充電區域 [8.K. Peters, A.I. Harrison, W.H. Durant, Power Sources 2.《非機械電化學電源的研究與開發》,佩加蒙出版社,美國紐約,1970年,第1-16頁。

[9. 答.M。 哈德曼,《電源雜誌》卷 23, 1988年, 頁, 128].。

Coulombic-efficiency.jpg

然而,在某些時候,二次反應從負極開始,主要是通過簡單的電子轉移將氫離子(質子)還原為氫氣(發生在遠低於-350 mV的電位,這是負極板可逆電位,E°值)的電位,大約為-0.6至0.95 V:

2H+ + 2e → H2

積聚在負板上的一種重要雜質是銻(Sb),它是由於在網格中含有相對較高量的銻的細胞中稱為銻遷移的現象而沉積的。 雖然銻是大多數鉛酸電池網格合金的重要組成部分,但它對電池的性能有負面影響。

在充電的腐蝕階段(在每個迴圈的電荷結束時),正極網格受到陽極攻擊,銻作為Sb5 + 離子進入溶液,其中一部分被正活性物質吸收,在那裡它促進由於局部細胞形成而產生的自放電。 溶解的銻的其餘部分以Sb3+ 的形式沉積在陰極表面(負極板表面 )(”銻遷移”),並且由於其氫比鉛低電位,它會導致氫的過早進化。 後來,在豐富的氣體演化期間,銻可以在有利條件下作為銻氣(SbH3)釋放到一定程度上,當它與質子結合時。

在有利的條件下,也可能發生與砷(As)的類似反應,釋放砷烷(AsH3),這是一種有毒氣體。 因此,在封閉環境(如潛艇)中使用電池時,自然避免這種合金成分。

從熱力學上講,這發生在比初級充電反應更低的電位上,但是,與正極的氧氣產生一樣,鉛電極上氫氣產生的過電勢相對較大(約-0.650 V),因此在氫氣完全開始之前可以在很大程度上完成補給。

這些氣體通過排氣塞孔從電池排出。 兩個板都受到雜質效應對過電位的影響,因此不可能對兩個板進行完全有效的充電。 例如,如果將析氧反應電位與析氫反應電位相結合,我們有

1.95 + (-0.95) = 2.9 V,用於大量氣體析出。

需要注意的另一點是,根據基本定律,水應該在1.23 V時分解,氧氣應該在正極上以這種電位進化。 但在實際牢房中,情況並非如此。 如果發生這種情況,鉛酸電池本身的穩定性將是一個問題。 標準正極板電位(E° = 1.69 V)比水分解的電壓(1.23V)高出約0.46V。 原因又是過電壓。 也就是說,硫酸溶液中二氧化鉛的析氧電壓遠高於正極板在1.95V時的E°值。

因此,硫酸溶液中二氧化鉛的析氧反應受到抑制,高於正極板的E°值0.26 V(1.95-1.69 = 0.26),並且高於水分解電位(1.95-1.23 = 0.72V)約0.72 V,因此在嚴格純溶液中達到過壓值之前,氧氣不會演變。

同樣,由於氫對鉛的過電位,硫酸溶液中氫對鉛的進化受到強烈抑制。 該過電位值比負值高出約0.6 V,低於硫酸溶液中鉛的標準電極電位,E° = -0.35V。 因此,在嚴格純溶液中電極值達到-0.95V之前,析氫反應不會阻礙負極板的充滿電荷。 這就是為什麼負極板比正極板具有更好的充電效率的原因。

但是,在實際的電池中,這個階段遠遠早於這個電壓。 事實上,這種2.9 V在實際電池中根本沒有實現,因為由於雜質引起的反應佔主導地位,因此全氣體按體積逸出(H2:O 2 = 2:1)在約2.6 V時達到。但是,如果外加充電電壓過高,則可能達到2.9 V的值,特別是無Sb合金電池可能達到2.8 V的值,而銻電池的值將降低0,2 V,例如2.6 V。

隨著迴圈的進一步進行,在銻細胞的情況下,氣體值將大大降低,而另一個細胞幾乎不受這種影響。 這種急劇減少是由於前面解釋的稱為「銻遷移」的現象。

當然,新電池和循環電池的電壓差從250 mV增加到400 mV。 這將導致活性材料無法接受電荷,幾乎所有的電流都會產生氫氣和氧氣。 圖 3 說明瞭這一方面 [10. Hans Tuphorn,第17章,電池技術手冊中的圖17.2,編輯。 H.A. Kiehne,第二版,2003年,Marcel Dekker, Inc.,紐約.]

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12v電池充電器如何工作?

為了給電池充電,正輸出引線連接到電池的正極,因此負極連接到負極。 然後,充電器通過合適的方式連接到交流電源。

交流輸入通過整流器電路轉換為直流,該整流器電路具有降壓變壓器以轉換為所需的電壓。 整流器將雙向交變電流(AC)轉換為單向流動。 因此,它在整個負載範圍內保持恆定的極性。 電橋整流器配置用於將降壓低壓交流電整流成直流電,並通過高值電解電容(濾波電路)進一步平滑。

該濾波直流電被饋送到電子電路,該電子電路將電壓調節到恆定電平,並施加到需要充電的電池上,

充電器具有電流(電流表),電壓(電壓表)的指示器,在特殊情況下還有計時器和安培小時表。

電池按照製造商的說明充電

電池充電程式 - 電池充電器

需要充電的電池應在室外徹底清潔,並且在去除腐蝕產物(如果有)后,端子應塗上白色凡士林的薄塗層。 還將檢查電解液水準。 此時不需要進行充值,除非液位低於分離器的高度。

用於為電池充電的充電器應具有足夠的規格,例如電壓和電流輸出。 例如,12 V電池需要至少18 V的輸出C電壓。所需的電流取決於電池的容量以及需要為電池充電的時間。 通常,電池將以電池容量的0ne十安培充電。 因此,100 ah電池至少需要10安培的輸出才能正常充電。 如果要快速充電,則需要15安培的輸出。

完全放電的電池需要大約110%容量的輸入。 但是,如果電池已經部分充電,我們應該知道SOC。 無論它是什麼,電壓和比重都是要監測以確定充電狀態的兩個重要參數。 比重值應從電池上的標籤上讀取。 如果電池處於良好狀態,則充滿電的電池通常會達到16.5 V或更高。 如果是老化的電池,則不容易達到此電壓。

這主要是因為二次反應,如由於電解質中水的電解而導致的氣體演變,以及由於硫酸鉛積聚而已經積聚的電阻引起的加熱效應。

電池放置在絕緣材料上,如橡膠板或木凳。 充電器引線應具有足夠的載流能力。 通常,1mm方形銅線可以安全地承載3安培的直流電(DC)。 在確保充電器處於關閉位置后,充電器引線將連接到相應的端子,即正極到正極,負極到負極。 電壓、比重和溫度讀數將記錄在日誌表中,其模型如下所示:

電池充電記錄範本

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讀數應每小時記錄一次。

鎘讀數將指示特定板是否已完全充電。 鎘參比電極是絕緣鎘棒,其頂端焊接有銅線。 底端將浸入電解質中,使其僅接觸液體,並且不應與板或內部的其他鉛部件接觸。

對於充滿電的正極板,鎘讀數將為2.4 V及以上,負極板為負0.2 V或更低。

表 4

鉛酸電池中的反應和相應的鎘電位讀數

鎘電位讀數

反應 潛在值 鎘讀數
析氧潛力 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- 1.95 至 2.00 V 2.00 - (-0.4) = 2.4 V
正極板的標準電極電位 PbO2/PbSO4/H2SO4 1.69 伏 [1.69 – (-0.4) = 2.09 V]
正極板放電結束 1.40 至 1.5 V 1.40 – (-0.4) = 1.8 V
1.50 – (-0.4) = 1.9 V
標準氫電極電位(SHE) 2H+ + 2e- → H2 0.00 V 0.00 V
負極板放電結束 -0.15、-0.20、-0.25 V(適用於不同的電流密度) -0.15 – (-0.4) = 0.25 V -0.20 – (-0.4) = 0.20 V -0.25 – (-0.4) = 0.15 V
負極板的標準電極電位 鉛/鉛四分體/氫氧化錫4 -0.35 V [-0.35 – (-0.4) = 0.05 V]
鎘參比電極E°值 鎘/鎘+ -0.40 V -0.40 V
氫氣演化潛力- 2H+ + 2e− →H2 (用於商用電池) -0.60 V -0.60 – (-0.4) = -0.20
氫氣演化潛力 2H+ + 2e− →H2 對於純實驗細胞 -0.95 伏 -0.95 – (-0.4) = -0.55

電池充電器的工作原理

在充電結束時,12 V電池可能達到16.5及以上的終端電壓。 將終端電壓保持在此水準一小時后,可以終止充電。 當電池接近16時。 0 V,如果需要,可以添加經批准的水。

在充電接近尾聲時,會從電池中觀察到重度氣體。 不應將明火帶到充電室附近。 氣體以它們的組合的比例演變,即氫2份和氧氣1份。 因此,如果允許這些氣體在沒有適當通風的情況下積聚在充電區域,則火花或明火很可能會點燃氣體,並且它們會與爆炸性暴力相結合,損壞電池及其周圍環境,並傷害附近的人。

空氣中氫氣爆炸性混合物的下限為4.1%,但出於安全原因,氫氣的體積不應超過2%。 上限為74%。 當混合物含有這些氣體的化學計量比(2份氫氣與1氧氣)時,會發生劇烈爆炸。 這種情況是在過度充電電池內獲得的,通風插頭緊緊地擰在蓋子上。 因此,建議將通風塞鬆散地固定在通風孔上,不要擰緊。

為電池充電的不同方法和不同類型的電池充電器

雖然有各種方法對鉛酸電池進行充電,但它們都有一個共同的目的,即兩個板上的硫酸鉛轉化為各自的活性物質,正極上的PbO2 和負極上的Pb。

2 PbSO4 + 2 H2O → PbO2 + Pb + 2 H2SO4

收費制度有許多變體。 但在所有這些方法中,只使用了兩個基本原則:恆流和恆壓充電方法。 可用的幾種方法結合了這兩個原則來實現其目標。

選擇適當的充電方法取決於充電類型、設計和使用條件以及可用的充電時間。 所有這些充電方法都使用許多方法來控制和完成充電過程。

這些方法可分為以下幾類:

表 5

不同電池充電器和電池充電方法的方法分類

不同的電池充電方式

基於恒流的方法 (CC) 基於恒壓的方法(CV或CP) 組合方法 錐度充電 特殊方法
一步CC充電方式 恒壓法 恆流-恒壓法 一步式錐度充電方法 1. 首次認購費
2. 均衡電荷
3. 機會充電
4. 氣控充電
5. 涓流充電
6. 加速充電
7. 脈衝充電
8.快速或快速充電
兩步CC充電方式 限流或改進的CV方法 兩步錐度充電方法

單步恆流充電方式(CC法) 電池充電器

當需要在短時間內完成充電並且當使用者想知道輸入方面Ah時,可以採用恆流充電方法。 當已知先前的輸出時,恆流充電是首選,因此5-10%的過充電可以有效地將電池恢復到100%SOC。 這也將確保給出正確的輸入,以便電池的壽命不會受到過度充電的不利影響。 此方法的正常充電時間為15到20小時。

在這種方法中,電流在整個充電期間保持恆定。

建議充電電流為 20 小時容量的 5% 至 10%。

為了補償充電時電池反電動勢的增加,必須通過改變所使用的串聯電阻或增加變壓器電壓來保持充電電流恆定。 通常,串聯電阻會發生變化以保持電流恆定。

這種方法是最簡單,更便宜的充電方法。 但它的缺點是充電效率較低。 這是由於電阻中消耗了一些功率,也部分是由於一旦電池達到每節電池2.5 V,用於分水的電流。 當電池充電約70%至75%時,電池開始充氣。 這種充電方法總是會導致輕微的過度充電和劇烈的氣體,特別是在充電結束時。

圖5給出了恆流充電方法的廣義圖。 充電特性如圖 6 所示

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兩步恆流充電方式 電池充電器

兩步恆流充電方法中使用了兩種充電速率,即起始速率和完成速率。 完成率通常是起始速率的一半。 當電池開始逸出氣體時,完成速度就開始了。 這通常是用於電池台式充電的首選方法。 充電特性如圖7[11. P G Balakrishnan, 鉛蓄電池, Scitech Publications (India) Pvt. Ltd., 欽奈, 2011, 第12.8頁].

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恒壓或電位充電方式 電池充電器

恒壓或電位(CV或CP)充電方法採用在整個充電期間保持恆定水準的源電壓。 通常,該電壓將在每節電池2.25至2.4 V之間。

該方法是為閥控式鉛酸(VRLA)電池和電池充電的推薦方法。 通過CV方法為VRLA電池充電時,不必擔心先前放電的放電深度(DOD)。 通過使用製造商推薦的CV充電電壓,可以對VRLA電池進行充電而不會產生任何不利影響。 幾乎所有的VRLAB製造商都建議啟動電流為0.25至0.30 C安培。

也就是說,對於100 Ah電池,可以選擇25至30安培的初始電流。 較高的電流用於對深度放電的電池進行充電,而較低的電流用於正常放電的電池。 較低的充電電壓的效果是,與具有較高電流的電池相比,溫升會更小,但完全充電所需的時間會更多。

在充電結束時,電池電壓與外加電壓達到奇偶校驗,充電電流逐漸減小到非常低的值。 一般來說,對於電池容量的每Ah,末端的電流可能達到2至4 mA的值。 在每節電池2.25至2.3 V時,在正確製造的電池中未觀察到氣體逸出。 但是,在每節電池2.4 V時,氣體會很明顯。 在6V / 1500 Ah VRLAB下,每個電池2.4 V時在40-50分鐘內釋放的氣體體積約為1000 ml

根據第6.1.a條。 根據日本工業標準JIS 8702-1:1998,充電持續時間約為16小時,或直到電流在連續兩小時內不超過20小時速率電流(I20)安培的10%變化 [JIS 8702-1:1998] 。 例如,如果電池的 20 小時容量(無論電池的電壓如何)為 60 Ah20,則如果電流變化不超過300 mA(即I20 = 60 Ah /20 A = 3 A.因此,I 的 0.120 = 0.3安培)

VR電池CP充電的詳細資訊如圖所示

充電效率 優於恆流法。 這種方法的缺點是,它需要在高電流消耗下具有穩定的電壓,這是昂貴的。 該方法用於電信和UPS應用的固定單元的浮子操作。

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修改後的恆電位充電 - 電池充電器

在工業應用中,當充電電路是系統的組成部分時,使用這種方法。 例如汽車、UPS 等。 電路中包括一個用於限制電流的串聯電阻,該電阻的值一直保持到達到預設電壓為止。 此後,電壓保持恆定,直到電池被要求執行其提供啟動電流,應急電源等的職責。

固定串聯電阻的選擇取決於電池中的電池數量及其安培小時容量以及可用於充電的持續時間。 施加的電壓保持在每節電池約2.6至2.65伏的恆定電壓。

隨著充電的進行,充電電流開始從初始值下降。 當電壓逐漸上升到每節電池2.35至2.40伏時,充氣電壓往往會迅速上升,因此充電電流以更快的速度下降。

修改後的恆電位充電對於深循環電池(如牽引電池)很常見。 工廠通常採用固定的卸料-充電時間曲線,例如叉車運行6小時,放電深度(DOD)為80%,充電時間為8小時。 充電器設置為充氣電壓,啟動電流限制為每100 Ah 15至20 A。 電流在恆定電壓下開始逐漸變細,達到每100 Ah 4.5至5 A的精加工速率,然後一直保持到充電結束。 總充電時間由定時器控制。

有電池充電器,即使在充電完成後,也有規定使電池保持連接,以保持電池處於完全充電狀態。 這是通過每6小時提供一次短時間的刷新充電來保持其狀態來實現的。

細節見 圖12 [12。鉛酸蓄電池特刊,J. 電源 2 (1)(1977/1978) 96-98]

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組合方法(CC-CV 方法)- 電池充電器

在這種方法中,恆流和恆電位充電結合在一起。 這種方法也稱為(IU)(I表示電流,U表示電壓)的充電方法。 在初始充電期間,電池以恆流模式充電,直到電池達到充氣電壓,然後切換到恆電位模式。 該方法消除了恆流充電方法在充電結束時的有害影響。

該方法的充電特性如 右圖11所示。

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錐度充電 - 電池充電器

錐度的含義是向下傾斜。 正如該術語所明確指出的那樣,通過將啟動充電電壓固定在每節電池約2.1 V並終止於每節電池2.6 V,允許電流從較高的值降低到較低的值。 這些電壓下的電流值之比稱為錐度值。

因此,每節電池2.1 V時輸出為50 A,每節電池2.6 V時輸出為25 A的充電器被描述為具有2:l的錐度特性。

有單步錐度充電和兩步錐度充電方式

單步錐度充電 - 電池充電器

在這種類型的充電中,電流從較高的起始值逐漸減少到較低的完成速率,這通常是電池20小時速率容量的4%~5%左右。 氣體是必需的現象,因為它有助於平衡電解質的密度梯度。 即,它中和了分層現象。 因此,精加工速率固定在足夠高的值,以允許該過程發生,同時不會過度腐蝕正格柵。 在這裡,充電器輸出電壓最初設置為每節電池約2.7伏,並在充電期結束時降至每節電池約2.1至2.2伏。

充電電流緩慢下降,直到達到充氣電壓(每節電池約2.4 V)(SOC = 75至80%),此後以更快的速度逐漸減小。 通常,錐度比固定在2:1或1.7比1的比例。 完成充電所需的時間約為12小時。 達到充氣電壓后的充電週期通過集成定時裝置進行控制,該裝置在達到充氣電壓時開始工作。

充電週期可以減少到8到10個小時,但啟動電流要增強,如果不考慮所涉及的經濟性和消費者的負擔能力,就無法做到這一點。

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單步錐度充電的充電特性如圖12所示

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兩步逐漸增壓 - 電池充電器

這種充電方法類似於單步錐形充電,只是總充電時間減少到約8至10h。 由於電池在深度放電時能夠以更快的速度接受充電,因此在第一步中採用高電流,直到電池達到充氣階段。 在第一步中,將近70%至80%的安培小時以更快的速度提供給電池,剩餘的安培小時在第二步中饋送。

12V、500 Ah電池通過單步錐度充電的充電特性如圖13所示

錐形充電方法更適用於為通常深度放電的牽引電池充電。 電動汽車的車隊運營商,例如郵政送貨車,牛奶運送車輛,需要複雜的電池充電器,以從電池中獲得最佳性能並保護所涉及的大量現金投資。

首次認購費

新的鉛酸電池需要啟動,這種首次充電的過程稱為初始填充充電。 電池充滿所需量的電解質,並在送運前充滿電。 通常,這種初始充電是通過恆流充電方法在低電流下長時間完成,直到電池達到16.5 V或更高的電壓以完全充電。

如今,這個過程已經變得多餘,因為我們讓工廠充電的電池隨時可用,或者幹充電電池只需要添加電解質。

均衡電荷

均衡電荷 細胞之間的差異是人們必須接受的事實。 沒有兩個儲存格可以在所有方面都相同。 活性材料重量的差異,電解質比重的微小變化,電極的孔隙率等都是一些差異。 由於這些原因,電池中的每個電池都有自己的特點;每個都需要稍微不同的充電量。 偶爾均衡充電可使電池的使用壽命結束。 12V汽車電池浮動在14.4V。 充滿電的電池需要16.5 V的電壓水準,這在車輛上的服務中從未實現過。

因此,需要均衡充電(也稱為台式充電)來延長汽車電池的使用壽命。 因此,每六個月定期接受台式充電的電池可能比未接收台式充電的電池壽命至少要長10-12個月。 應與電池製造商討論均衡充電的頻率和程度。 使用預程式設計充電器,有時可以通過開關獲得「均衡電荷」,該開關提供連續的低電流,用於穩定電池電解質的電壓和相對密度。

同樣,UPS應急電源電池和叉車電池也需要這樣的均衡充電。 逆變器中使用的電池只能充電至13.8至14.4 V。如前所述,這不足以平衡電池中電池之間的不平衡。 這些電池,如果給予週期性均衡充電,將存活更長時間。

電池每六個月充電一次。 但是,叉車電池中使用的牽引電池應每六個或第十一個周期進行一次均衡充電,具體取決於電池是新的還是老化的。 較新的電池可以每11個週期充電一次,較舊的電池可以每6 週期充電一次。 如果電池每天定期充滿電,則均衡充電的頻率可以降低到第10和第 20 迴圈。 當電池在2至3小時內電壓和比重讀數沒有進一步增加時,應終止均衡電荷。

在此處閱讀有關均衡電荷的詳細文章。

機會充電

在越野或公路電動汽車密集操作的情況下,在休息和其他短暫的休息時間插入充電器也有助於延長車輛的有效工作班次,從而減少電動汽車的停機時間。 機會收費 是指在午餐時間或休息時間對此類部分收費的稱呼。

這種機會充電往往會縮短電池的壽命。 電池將這樣的充電和隨後的放電計為一個淺迴圈。 應盡可能避免機會費用。 正常充電提供每 100Ah 容量 15 至 20 A 的電流,而機會充電提供略高的電流(每 100Ah 容量 25 A)。 它會導致更高的溫度並加速正極柵格的腐蝕。 因此,壽命將減少。

氣控充電

演化出的氫氣的熱導率用於監測充電電流。 氫氣,一種非常好的冷卻劑,用於冷卻加熱的元件。 加熱元件電阻的變化用於調節電流。 熱敏電阻也可用於調節電流。 有時,由於氫氣和氧氣在合適的催化劑上在電池中轉生的複合而產生的加熱效應用於操作加熱開關以調節電流。

涓流充電

在連續充電中,充電器平衡由於自放電和間歇放電引起的損耗。 維護費用用於補償自放電。 兩種工作模式的特點是恆定的端電壓:

每節電池的維護費用為2.20至2.25 V

每節電池持續充電 2.25 至 2.35 V

根據電池的年齡和狀況,在維護充電(涓流充電)期間,可能需要40至100 mA / 100 Ah的標稱容量的電流密度。

連續充電電流在很大程度上取決於負載曲線。 每次停電后,必須對處於維護充電狀態的電池進行充電。 在計劃外負載后連續充電的電池也是如此。

加速充電

當沒有其他電池可用且 SOC 不足以完成緊急工作時,需要在緊急情況下使用已放電的電池時,將採用升壓充電。 因此,鉛酸電池可以根據可用時間和電池的SOC以高電流充電。 由於現在可以使用快速充電器,因此今天對升壓充電非常熟悉。 通常,這種升壓充電器以100A開始充電,並逐漸減少到80A。 最重要的是,溫度不應允許超過48-50°C。

脈衝充電

什麼是脈衝電流充電?

充電的持續時間非常短,即當前導通時間(以毫秒(ms)為單位),然後空閒期(關閉時間以ms為單位)。 有時,脈衝充電之前也可能放電。

脈衝電流技術已應用於汽車鉛酸電池的快速充電。 得出以下結論:

  • 脈衝電流技術可以發揮非常有利的效果。
  • 它提高了充電速率。
  • 它對鉛/酸電池的迴圈壽命性能有益,特別是當使用超過100 ms的導通時間時。
  • 此外,這種技術還可以使用恆流充電迴圈的電池恢復活力。
  • 充電時間可以減少一個數量級,即從~10小時減少到~1小時
  • 迴圈壽命可增加三到四倍。
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  • 對迴圈電池(容量 = 80% 初始值)應用脈衝電流充電可以喚起電池容量的恢復。
  • 在具有恆流充電的高放電速率下,Pb-Sb和Pb-Ca-Sn電池都會發生過早的容量損失。

有關更多詳細資訊,讀者可以參考Lam和其他人上面給出的文章。

海底電池一直是脈衝充電的主題 [14。Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan and Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162 (2006) 878–883 879].。 作者的結論是:

  1. 通過脈衝充電可以提高容量。 這種容量改進

對於較新的相對較新的細胞來說,這是戲劇性的。 但對於較舊的細胞(4-5歲),在獲得容量改進之前,需要15個或更多的脈衝電荷迴圈。

  • 細胞年齡越大,遭受嚴重的硫酸化,這需要更多的週期來分解。
  • 一些硫酸化是不可能逆轉的。
  • 使用脈衝充電也表明可以大大減少充氣費用。
  • 氣體逸出隨著脈衝頻率的增加而減少。 這在氧氣演變中更為明顯,這是遭受正極板腐蝕的潛艇電池的重要因素,因為氧氣在充氣過程中是從正極板進化而來的。
  • 在對電池應用脈衝充電后,即使恢復了傳統的充電程式,有益的效果仍然存在。

典型的脈衝充電程式如下所示:

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脈衝充電的應用可以説明防止硫酸鹽隨著時間的推移而積聚。 如果從一開始就使用脈衝充電,通過適當的充電和維護,它可能能夠減少電池中的硫酸鹽積聚。 已經發生的硫酸鹽積累不能用這種方法逆轉。 如果電池不斷均衡或過度充電,這會損壞電池,降低其容量和壽命。 Microtex建議定期測試電池的比重,以瞭解它們將持續多長時間,識別任何弱電池或故障電池,並確認其充電狀態。 在硫酸鹽積聚或電荷不平衡的情況下,可以遵循以下步驟。

快速或快速充電 - 電池充電器

二十五年前,人們認為鉛酸電池不應該以高速率充電,因為正極活性物質會受到不可挽回的損壞。 據信,快速充電會導致電網腐蝕和氣體水準過高,導致閥控式密封鉛酸蓄電池的早期和快速故障。

事實證明,快速充電不僅可以節省時間和能源,還可以消除氣體並減少維護。 快速充電由Kordesch於1972年首次提出用於密封的Ni-Cd電池,[17.K. Kordesch, J. 電化學.Soc., 113 (1972) 1053]後來由加拿大的Norvik Technologies於1993年為VRLA電池開發。

他們的Minitcharger™證明,深度放電的Ni-Cd電池的充電可以在5到10分鐘內實現 [18。 J.K. Nor,美國專利 5,202,617(1993)]。

在20世紀90年代上半葉,加拿大科明科的Valeriote,Nor和Ettel將這項技術發展到傳統的鉛酸電池[19. E.M. Valeriote, J. Nor, V.A. Ettel, Proc. 第五次國際鉛酸蓄電池研討會,美國弗吉尼亞州維也納,1991年4月17日至19日,第93-122頁]. 在1994年,Valeriote,Chang和Jochim證明該過程也適用於薄板VRLA電池 [M. Valeriote,T.G. Chang,D.M. Jochim,Proc。 第9屆年度電池應用與進展會議,美國加利福尼亞州長灘,1994年1月,第33-38頁

自九十年代初以來,該技術已應用於各種牽引電池 [20. K.Nor和J.L. Vogt,Proc。 第13年度電池應用和進展會議,1998年1月13日至16日,加利福尼亞州長灘,191-197]。

1994年,使用MinitchargerÔ(加拿大Norvik Tractaction Inc.)研究了非常快速充電對以下兩種類型的深迴圈混合鉛/酸電池的影響 [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

  • 淹沒的混合電池(在這項工作中稱為”AP”)具有由4.7%的銻合金製成的正格柵和由高鈣低錫合金(Pb-0.1 wt.% Ca-0.3wt.% Sn)製成的膨脹型負格柵。 PAM重量約為800克,每個細胞中的NAM重量約為540克。 它是深放電型,容量為80 Ah 20,54.4 Ah5和50.9 Ah3)
  • 具有重力鑄造正柵的閥控電池由低銻合金(Pb -1.5wt. % Sb-0.3wt. % Sn)製成(該電池在本工作中稱為”ST”電池)。配置為5P + 6N。負極網格由Pb-O.12wt鑄造而成。%Ca-O.4wt.%錫合金。這些電池用於深迴圈應用。電池的容量為54.5 Ah5 和 52.5 Ah3

研究發現,在電池被淹沒的情況下,可以達到5分鐘/ 50%的充電率和15分鐘/ 80%的充電速率,並且溫度升高相當可接受。 在放電深度達到80%之後,在以非常高的速率(300 A(5至6C 3安培)返回的前40%電荷期間,主要的熱源是歐姆。 溫度在電池內分佈不均勻。 在此之後,非歐姆極化變得越來越重要。 對於混合複合電池,氧迴圈是充電後期階段的重要熱源,特別是與先前研究的非銻電池相比[21 T.G. Chang,E.M. Valeriote和D.M. Jochim,J. Power Sources 48(1994)163-175]。

充斥電池和閥控式密封鉛酸蓄電池的快速充電

表 6.

[21. T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].]

電池充滿電 閥控電池
5 分鐘/50% 充電和 15 分鐘/80% 充電率 是的 是的
溫升 可以接受 可以接受
熱源 歐姆(高達電荷的 40%) 氧氣迴圈是電荷後期階段的重要熱源
充電 在 2.45 V/節(14.7 V/節電池)的恆定無電阻電壓下充電 在 2.45 V/節(14.7 V/節電池)的恆定無電阻電壓下充電
當前 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分鐘內 比電壓調節模組高 1 V
降低電流 充電3分鐘后開始從300-A水準下降 充電3分鐘后開始從300-A水準下降
溫度 更高的歐姆加熱和更高的溫度升高率;4分鐘后開始減少 充電4分鐘后,電流才開始下降,並且在充電期的其餘時間內高於淹沒型。
當VR電池的電流降低時,溫度升高的速率變得更大。 6分鐘后,雖然溫度仍在上升,但增加的速度開始下降。 充電約20分鐘后,溫度才開始緩慢下降;在相同的恆定無電阻電壓下,VR電池接受更高的電流,從而產生更多的熱量。 在氧氣迴圈上消耗的能量完全(100%)轉化為熱量,而單獨用於水分解的能量約為40%。

圖 17. 充電:V基準電壓=2.45 V/節;電流, I, =3OO A 最大值;國防部 = 80%。 [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175.

淹沒電池和閥控式密封鉛酸蓄電池快速充電的比較。

Figure-17.jpg

表 7. 使用 迷你充電器®的電池壽命

[22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13
第一
屆年度電池應用和進展會議,1998年1月13日至16日,加利福尼亞州長灘,173-178。

電池類型 電池迴圈壽命
常規電池充電器 迷你充電器®
鎳鎘電池,A型 500 1400 INCO(1989)
鎳鎘電池,B型 450 1900 INCO(1996)
鎳氫電池,A型 400 1600 印科 (1996)
鎳氫電池,B型 1500 超過 4000 印科 (1996)
鉛酸牽引電池,閥控式密封鉛酸 250 1500 科明科 (1997)

Chang和Jochim也獲得了類似的結果。 他們將12V VRLA電池(螺旋纏繞型)進行常規充電和快速充電迴圈測試[21。 T.G. Chang, E.M. Valeriote and D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175.23. Chang, T.G., Jochim, D.M. , J. Power Sources, 91 (2000) 177-192].常規充電制度的迴圈壽命為250次迴圈,快速充電制度的循環壽命為1000次迴圈。

非常快的充電已經取得了巨大的成功,並導致了更高的壽命。 一項調查顯示,Cominco研究團隊[ 22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13年度電池應用和進展會議,1998年1月13日至16日,加利福尼亞州長灘,173-178。該團隊進行了一項調查,發現30種市售的鉛酸電池能夠在5分鐘內充電到50%,在15分鐘內充電到80%,在30分鐘內充電到100%。 在這方面,VRLAB的性能優於淹沒式SLI電池。

常規帶電的正極活性材料的特點是較大的顆粒和許多大孔。 在快速充電板中,沒有觀察到大顆粒,孔隙或空隙。 常規充電板表現出2 m2/g的PAM表面積,即使在900次迴圈后,在高電流下充電的板也表現出3 m2/ g的表面積值 [22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 第13年度電池應用與進展會議,1998年1月13-16日,加利福尼亞州長灘,173-178]

后一種情況下的PAM僅緩慢膨脹,因此對分離器和負極施加的壓力較小,從而降低了分離器中”浸透”短路和NAM緻密化的風險。 快速充電的顯著效果是,在進行生命周期測試12V / 50Ah螺旋纏繞VR LAB時(在10小時和15分鐘的充電條件下進行測試時),傳統充電的電池只能提供250個迴圈(達到初始容量的80%),而在快速充電狀態下的電池可以提供大約四倍的迴圈。

傳統和快速充電板的PAM和NAM的SEM圖片

Figure-18.jpg

在P. T. Moseley [Journal of Power Sources 73 _1998. 122–126] ALABC-CSIRO Project No. AMC-009)。 VRLA電池的高速率電池充電以高表面積形式恢復正極活性物質,其特徵在於針狀習慣,當電池以較低的速率充電時,正極活性物質形成較大的顆粒。

Figure-19.jpg

電池充電器圖

Figure-20-1.jpg
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圖-23.jpg
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圖-25.jpg
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電池充電器可以放在電池上多長時間?

這取決於兩個因素:

  1. 充電器是否帶電?
  2. 充電器中是否有規定給予間歇性刷新充電?

如果充電器關閉,則將電池連接到充電器可能沒有壞處,前提是充電的任何部分都沒有故障,例如導致充電器的交流線的錯誤連接。

但是,如果充電器已打開,則最好斷開電池的連接,以便過度充電的有害影響不會縮短電池的使用壽命。

如果規定在充電器中提供間歇性刷新充電,則可以將電池連接到充電器。 這將有助於將電池保持在充滿電的狀態,並且可以在需要電池時隨時使用。

汽車電池充電器如何工作?

汽車電氣系統由以下元件組成:

起動,照明和點火系統(SLI系統)具有機械和電氣元件/設備,這些元件/設備協同工作以啟動發動機並保持車輛正常運行。

主要元件包括:

  1. 點火開關
  2. 12V或24 V電池。
  3. 高扭矩直流起動電機(或起動電機)及相關部件
  4. 交流發電機-整流器配置總成
  5. 電壓控制器或穩壓器(切口和切入繼電器)

當駕駛員打開點火開關時,大電流通過控制電路從電池流向起動馬達,起動馬達可以轉動車輪,因此車輛開始移動。

起動馬達的目的是幫助發動機達到一定的速度,以便它可以工作。 因此,起動機有助於發動機達到預期的速度來運行汽車。 完成後,啟動器不再有用,因此關閉。

在自動電池充電器中,集成了電壓感測器電路來檢測充電電池的電壓。 當電池電壓達到所需的最佳水準時,充電器會自動關閉。

電流沿著一根電纜從電池正極流向被供電的元件,並通過汽車的金屬主體(這是地球,電池的負極連接到汽車的主體)返回電池。 機身通過粗電纜連接到電池的接地端子(負極)。

電池提供給起動電機的電流是電池容量的3~4倍,150~400安培)。 也就是說,電池為起動電機提供3C至4C安培的電流。 因此,承載該電流的電纜應充分設計為最小的壓降。 汽車點火系統的兩個主要功能是產生足夠的電壓,以便它可以很容易地產生火花來燃燒空氣/燃料混合物,其次它對火花的時序進行控制並將其傳輸到合適的氣缸。 典型的汽車點火系統從12伏電源產生20000伏至50000伏的電壓。

電池的大小因汽車的容量而異。 因此,對於像Maruti 800或Alto這樣的小型汽車,使用12V / 33 Ah電池,而對於Tata或賓士卡車,則使用12V或24 V / 180 Ah電池。

當發動機工作時,汽車充電系統通常產生13.5至14.4伏之間的電壓。 它產生電流,用於操作汽車燈,音樂系統,加熱器,發動機電氣系統。 很久以前,直流發電機就被用於汽車。 在60年代初,交流發電機 – 整流器系統取代了直流發電機,因為它比其他發電機具有優勢。 但隨著電氣和電子技術的進步,所有汽車都使用交流發電機 – 整流器佈置(交流電產生並轉換為直流電)。

在火花點火發動機中,需要一個裝置在壓縮沖程結束時點燃壓縮空氣 – 燃料混合物。 點火系統滿足這一要求。 它是電氣系統的一部分,它將所需電壓的電流傳遞到火花塞,火花塞在正確的時間產生火花。 它由電池,開關,分配器點火線圈,火花塞和必要的佈線組成。

壓縮點火發動機,即 柴油發動機 不需要任何點火系統,因為當柴油在壓縮行程結束時以高溫噴射到壓縮空氣中時,會發生燃料 – 空氣混合物的自燃。

為了防止電池耗盡,製造商採用穩壓器/切斷器。 它連接/斷開發電機與電池的連接。

當發生器輸出低於電池電壓時,它將斷開發生器與電池的連接。 相反,當輸出較高時,它會將發電機連接回電池。 因此,它可以防止電池在發動機轉速較慢時放電。 當電池端電壓達到約14.0至14.4 V時,切斷繼電器將斷開電池與充電電路的連接。

我可以在裝有電池充電器的情況下啟動汽車嗎?

如果無法使用現有電池啟動車輛,則可以通過連接充電器引線(就好像它們是另一個類似電池的端子一樣)從充電器提供適當的直流電壓。 這就像通過快速啟動來啟動車輛一樣。 在進行這項工作之前,應採取適當的預防措施。 必須尋求專業人士的説明。

根據應用,什麼是最好的充電器?

逆變器電池充電器

逆變器是將直流電從電池轉換為交流電以滿足家庭或小型場所需求的電氣/電子設備。 整流器執行反向功能。 即整流器將交流電轉換為直流電。 直流是給電池充電和操作某些設備所需的電流類型。

家用逆變器通常有一個或兩個12 V電池,具體取決於各個家庭的電源要求。

不間斷電源(UPS)是一種類似的設備,但市電故障和UPS恢復之間的時間滯後是即時的(零時間延遲),而在逆變器中,時間延遲是10-20毫秒。 在一些生產單位和銀行,這種延遲會給客戶和銀行家帶來巨大的損失和尷尬。 例如,在家用台式計算機中,當連接到逆變器時,螢幕會變黑,而在UPS的情況下,您不會感覺到停電。

眾所周知,如果電池以高於14.4 V/12 V電池的電壓充電,除了在端子和連接器周圍形成腐蝕產物外,電池還會散發出令人討厭的惡臭煙霧和不需要的臭雞蛋氣味,這可能會讓使用者感到不舒服,因此,這些電池不允許達到超過約14.0 V的充電電壓,首選設置值為13.8 V。由於充電電壓降低,電解造成的水損失也減少了,導致兩次加註與批准的水之間的間隔很長。使用濾波器進行全波整流是一個很好的補充。

汽車電池充電器

汽車電氣系統負責車載SLI電池的充電。 如修改後的充電恆電位充電中所述,該系統具有串聯電阻,以將初始浪湧電流保持在允許的限值內。 12 V 電池的最大充電電壓為14.0至14.4 V。 SLI電池是一種淺循環電池,每當電壓下降到預定水準時,它就會充電。

對於充電,電池通過稱為二極體的電子設備連接到交流發電機的定子,該裝置只允許在一個方向上流動,即當交流發電機空閒時,電流從定子到電池並且不反向流動。

因此,它可以防止電池組的意外放電。

當交流發電機不產生任何電流時,切斷繼電器充當充電系統和電池之間的斷路器。 它可以防止電池放電,以防發電機不工作或以非常低的速度運行。

定期加水是早期電池的維護要求。 但是,先進的電池具有低氣體水準,並且幾乎消除了添加水,或者每12到18個月一次。

用於固定應用的電池充電器

固定電池是幾個裝置中應急電源的來源,即使在幾分之一秒內,電源中斷也是不能容忍的。 僅在很短的時間內需要供電的大型電池裝置稱為固定或備用或緊急電源。 它們用於公用事業、開關設備和其他工業環境。 這種電池用於為初始階段提供電力,直到它們可以啟動發電機,以便它可以接管功能。

雖然有幾種類型的鉛酸電池(平板電池,Planté電池,錐形板電池等)和鎳鎘(Ni-Cd)電池可用於此應用,但大多數使用者更喜歡淹沒式管狀固定電池,特別是OPzS型,用於此目的。

固定電池組最重要的特徵是在正常電源故障的情況下立即供應電池電源。 因此,電池必須始終處於隨時可以完全充電的狀態。 因此,充電系統變得非常重要。 它的可靠性非常關鍵。

這些電池通過恆電位模式進行浮充電。 它們有 24、48、72、120 和 130 V 的電壓組。容量範圍從40 Ah到幾千安培小時。

6 至 50 安培直流電。 內置報警功能,用於高直流電壓、低直流電壓、正負接地故障以及放電結束。 工業電池充電器具有數位控制和LCD顯示幕。 包括許多安全功能,例如所有現場端子上的電線保護以及完整的交流輸入和直流輸出保護

購買電池充電器的簡單指南

以下是選擇電池充電器的準則:

  • 瞭解要充電的電池的電壓。 對於鉛酸電池,對於每個電池,需要3伏才能令人滿意和正常充電。 因此,對於 12 V 電池,請在端子處購買具有 20 V DC 輸出的充電器。
  • 來到安培細節(即電流):從電池標籤中,找出電池的容量。 如果容量在10小時的速率下為100 Ah,那麼10%的電流輸出就足夠了。 因此,建議使用10 A充電器。 但你也可以去一個15 A充電器;那麼成本會更高。 優點是電池可以在較短的時間內充電。 電池可以在初始週期內吸收更高的電流。 因此,您可以為前50%輸入以15 A充電,然後將電流降低到正常的 %.
  • 充電器可以配備數位或類比電壓表和電流表。 另一個設施將是數位Ah表。 此外,還可以添加反極性保護。 這將保護電池和充電器。
  • 帶濾波器的全波整流器有利於延長電池的使用壽命。 這樣的充電器會產生低交流紋波,因此充電過程中正極電網的腐蝕和電解質的溫升會更小。
  • 總而言之,對於12 V / 100 Ah電池,額定值為20V / 10安培的充電器,帶有數位儀錶和具有全波整流和反極性保護的濾波器是一個不錯的選擇。

火車電池充電器

[參考資料:SG TL &AC客車的25 kW / 4.5kW電子整流器兼調節器單元(ERRU)手冊,)2019年9月。“一般服務:列車照明”,印度政府鐵路電氣工程師學會(IREE),鐵道部,2010年9 月。

無論您走到哪裡都需要電力,鐵路車廂不能免除操作燈和風扇。 對於空調(AC)教練,運行安裝在教練內部的空調裝置需要大量的電力。

傳統的發電方法之一是使用由鐵路車廂車軸驅動的交流發電機,其電池具有足夠的安培小時容量並聯,以便在低電壓條件下將電力饋送到車廂。 這些類型的教練被稱為「自我生成(SG)」教練。

在這些SG客車中,磁放大器控制的整流器兼調節器單元(RRU)最初用於將交流發電機的交流輸出轉換為直流,並通過調節交流發電機的場電流來調節/控制產生的直流電壓。 這也防止了在非發電期間電流從電池到交流發電機的反向流動。

這種整流和調節的直流電源用於操作教練內部的各種電氣設備和配件,併為電池充電。

110 V / 120 Ah10 容量的鉛酸電池由3節電池單體單元佈置在寬軌(B.G.)車廂中,位於懸掛式箱中。 每個端壁上都提供了四個用於B.G.的緊急饋電終端盒和一個用於M.G.教練的號碼,用於將教練連接到相鄰的教練以接收電源,以防發電失敗。

在框架下的每一側中央提供一個編號緊急接線盒,以方便從外部源為電池充電。 (例如,當火車在鐵路樞紐站臺上空閒時)。 對於BG交流客車,使用18 kW / 25 kW無刷交流發電機。 在AC-2級/AC-3級/椅子車中使用了兩個這樣的交流發電機,在第一AC車廂中只使用了交流發電機。 800 / 1100 Ah容量的電池在10小時額定值下用於B.G.教練的I AC / AC-2層/ AC-3層/椅子車。

雖然印度的第一列火車在1883年4月16 與400人一起行駛了34公里,從Bori Bunder(現更名為孟買CST)到Thane,但火車照明系統(TL)通過M / s開創的車軸驅動發電機。 J. Stone & Co. 直到 1930 年才加入 Indian Railways。 發電機/無刷交流發電機從車軸通過扁平/”V”形皮帶驅動,在列車行駛時提供負載併為電池充電。 當列車在月臺和其他地方空閒時,電池為負載供電。

目前正在使用的列車照明系統如下:

1) 軸驅動系統採用110 V直流電源供電。

2) 中開一代,415 V,3 相交流 110 V 利用。

3) 通過 3 相 415 V 發電和 AC 110 V 利用實現一代發電結束

4) 通過 3 相 750 V 發電和 AC 110 V 利用實現一代發電結束

所有正在建造的教練都只有110 V系統。 在24 V系統中運行的教練已經轉換為110 V系統。

ERRU 直流輸出端子對交流發電機不同額定值的標準額定值如下所示:

(i) 25 千瓦、130 伏、193A

(ii) 4.5 千瓦 128.5V 35A

ERRU安裝在教練的底架上,設計用於在-5度至55攝氏度和98%相對濕度的溫度範圍內令人滿意地工作。 它還設計用於在多塵區域工作,以承受服務振動和調車衝擊。

動力傳輸通過V型皮帶進行。 C-122尺寸的C-122尺寸總共12號(每側6個)和4號(僅一側)分別在交流和TL交流發電機上提供。 交流發電機的速度從0到2500 RPM不等。 新車廂車輪直徑為915毫米,完全磨損時為813毫米,新車輪直徑應考慮以公里/小時為單位計算列車速度,對應於交流發電機的切入速度和全輸出(MFO)速度的最小速度。

電子整流器兼調節器單元(ERRU)(25 kW和4.5 kW)的輸出特性如下:

空載直流輸出電壓最大值為135 V,可設置為 128 ± 0.5 V,97 A(用於 1100 和 650 Ah 電池)和 128 ± 0.5,19 A,120 Ah 電池)在 1500 rpm(介於最小和最大速度之間),電壓調節± %, 效率 95%(最小值)。 電壓紋波保持在 %. 負載變化為 10 A 至 193 A,速度為 400 rpm 至 2500 rpm(對於 1100 和 650 Ah 電池)和 350 RPM 至 2500 rpm(120 Ah 電池)。

對於更高容量的電池,15%過載時的電壓為120 V(最小值),電流限制為230A(最大值)。 對於 120 Ah 電池,40 A 過載時的電壓設置為 115 V(最小值)。

1100 Ah 電池的電池充電電流限制為220 A,650 Ah電池為130 A,120 Ah電池的電池充電電流限制為24 A(最大值)。 最後兩個參數可以從通用電壓控制器(UVC)以及教練指示面板(CIP)設置。

對於 4.5 kW EERU,在 350 RPM 至 2500 rpm 時,負載變化將為 1 A 至 37.5 A。 過載時為40 A時的電壓為115 V(最小值),電流限製為43A(最大值)。

我們可以看到充電電流為1100/220=5;650/130= 5 和 120/24 = 5。 即所有這些電池的充電電流有限為C / 5安培,最大電壓為128 V(即,比電池組的OCV高出16%)。

有關The Total Coach的框圖的更多詳細資訊,接線將如下圖和交流發電機-ERRU系統的框圖所示,可以參考下面給出的連結:

牽引電池充電器

叉車電池的性能和壽命受牽引電池充電器和所採用的充電方法的影響。 叉車電池充電器應選擇符合電池電壓和Ah值。

一個好的叉車電池充電器

    • 充電時應限制溫升
    • 在不過度充電的情況下,充電器必須在適當的時間停止向電池提供電流
    • 應具有均衡充電設施(即在較高電流下充電)。
    • 在危險情況下,提供自動關閉設施。
    • 應可通過微處理器或PC進行程式設計。
    • 在一些充電器中,還通過電池中的薄空氣管提供空氣攪拌。

充電電壓範圍為24 V至96 V。

電流取決於電池的容量,範圍從250 Ah到4000 Ah

牽引電池充電方法

單步錐度充電: 充電器在大約16A / 100Ah開始工作,電流隨著電池電壓的升高而逐漸減少。 當電池電壓達到2.4V/節電池時,電流逐漸變細至8A/100 Ah,然後達到3~4 A/100 Ah的精加工速率。 充電由計時器關閉。 在沒有空氣攪拌的情況下,80%放電的電池可能需要大約11到13個小時(Ah輸入因數1.20)。

充電時間的差異是由於啟動電流的變化,即如果啟動電流為16 A / 100 Ah,則持續時間較小,如果為12A / 100Ah,則持續時間較長。 使用空氣攪拌設施,持續時間減少到9至11小時(Ah輸入係數1.10)。

兩步逐漸增壓(CC-CV-CC 模式): 這是對早期方法的改進。 充電器開始時具有32 A / 100 Ah的更高電流。 當電池電壓達到每節電池2.4 V時,充電器會自動切換到錐形模式,電流繼續逐漸變細,直到達到每節電池2.6 V,電流達到3至4 A / 100 Ah的精加工速率並持續3至4小時。 在沒有空氣攪拌的情況下,80%放電的電池可能需要大約8到9個小時(Ah輸入因數1.20)。 使用空氣攪拌設施,持續時間減少到7至8小時(Ah輸入係數1.10)。

凝膠化閥控式密封鉛酸蓄電池充電:(CC-CV-CC 模式):

充電器以15 A / 100 Ah的電流開始。 當電池電壓達到每節電池2.35 V時,充電器會自動切換到錐度模式,充電器在相同電壓下進入CV模式。 這最多需要 12 小時。 只要充電電流降至1.4 A / 100 Ah的極限值,CV步進就保持恆定。 第二階段可能持續幾個小時,最長為4小時。 此持續時間取決於第一階段的持續時間。

高頻叉車電池充電器

現有的充電器通常有兩種類型:鐵諧振和可控矽整流器(SCR)。 它們更實惠,但效率也較低。
電池充電器採用高頻開關功率器件,例如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)和IGBT(隔離柵雙極晶體管),工作頻率遠高於線路頻率(幾kHz至幾百kHz)。 相比之下,MOSFET和IGBT具有完全開/關能力,可以隨時精確控制,使充電器能夠產生所需的輸出。 SCR 是半受控設備,具有不可控的關斷。

高頻充電器可用作開關電源,這意味著它們可以在高頻(50-170 kHz)下打開和關閉電子開關。

這種HF技術的優點包括:

高頻電池充電器
高達 170 kHz 的高頻 轉換造成的損失更低
提高充電效率(87% 至 95%) 由於節能,降低了能源成本(高達20%)
降低交流紋波電流 由於溫升較低,使用壽命更長。 由於水損失更低,維護成本更低
它具有普遍適應性 淹沒電池、AGM 電池和凝膠電池都可以充電,而不會出現任何過度充電或充電不足的情況。
更小的尺寸、更輕的重量和更多的空間節省 它具有較小的腳部空間,可以輕鬆安裝在船上
此類充電器提供不同的範圍,從用於 24 V 至 80 V 電池的充電器,充電電流為 40 至 300 A。

用於地下礦用電池應用的電池充電器

地下礦用電池主要是深迴圈鉛酸電池。 典型電壓範圍在 48 至 440 V 之間,容量範圍為 700 Ah 至 1550 Ah。

為這些電池充電類似於為牽引電池充電。 電池充電時間
最初為 2.6 V,電流為每 100 Ah 21 A 至 17 A,最後為每 100 Ah 4.5 A 作為完成速率。 充電可在 6 到 8 小時內完成。

電池符合 IS 5154:2013 第 1 部分 (IEC 60254-2006)

船用電池充電器

用於船舶應用的電池可分為兩種類型。 起動電池具有較薄的板,能夠在短時間內提供大功率爆發。 另一種類型是用於其他船舶應用的深循環電池,例如電子配件,拖釣船電機以及船上電氣和電子設備。 此外,雙功能電池既可用作SLI電池,也可用作深循環電池。 特定的充電器用於特定的電池。 CC-CV模式應用於VR鉛酸電池。

還有一些充電器可以同時為多達四個電池充電。 所有類型的船用電池,VR電池(AGM和凝膠電池)以及低維護淹沒電池都可以充電。

由於電池和充電器用於船隻,因此它們應保持乾燥並具有足夠的通風。 它們還應防水,防震和抗振動,並在需要時完全密封。 此外,您應確保充電器具有反極性保護功能和防火花功能。

用於太陽能應用的電池充電器

由於太陽輻射的變化,SPV面板的輸出會波動。 因此,在SPV面板和電池之間連接了數位最大功率點跟蹤器(MPPT),以確保無憂充電過程。 MPPT是一種電子直流到直流轉換器,旨在優化太陽能電池陣列(光伏電池板)和電池組之間的匹配。 它感測太陽能電池板的直流輸出,將其更改為高頻交流電,然後降壓至不同的直流電壓和電流,以完全匹配電池的功率要求。 下面解釋了擁有MPPT的好處。

大多數光伏電池板的輸出電壓為16至18伏,即使SPV電池板的額定電壓為12伏。但標稱 12 V 電池的實際電壓範圍可能為 11.5 至 12.5 V (OCV),具體取決於充電狀態 (SOC)。 在充電條件下,必須向電池提供額外的電壓元件。 在普通充電控制器中,SPV面板產生的額外功率以熱量形式消散,而MPPT檢測電池要求,如果SPV面板產生更高的功率,則提供更高的功率。 因此,通過使用MPPT可以避免浪費,充電不足和過充電。

溫度會影響 SPV 面板的性能。 當溫度升高時,SPV面板的效率會降低。 (注:當SPV面板暴露在較高溫度下時,SPV面板產生的電流會增加,而電壓會降低。由於電壓的降低快於電流的增加,SPV面板的效率降低。 相反,在較低的溫度下,效率會提高。 在低於25°C(這是標準測試條件(STC)的溫度)的溫度下,效率增加。 但從長遠來看,效率將達到平衡。

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