原创 铅酸电池充电原理

铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。

　　一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V，能放电到1.5V，能充电到2.4V；在应用中，经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池，还有24V、36V、48V等。

　　铅蓄电池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：

　　（阳极） （电解液） （阴极）

　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---》 PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放电反应）

　　（过氧化铅） （硫酸） （海绵状铅）

　　PbO2 中Pb的化合价降低，被还原，负电荷流动；海绵状铅中Pb的化合价升高，正电荷流动。

　　（阳极） （电解液） （阴极）

　　PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---》 PbO2 + 2H2SO4 + Pb （充电反应） （必须在通电条件下）

　　（硫酸铅） （水） （硫酸铅）

　　第一个硫酸铅中铅的化合价升高，被氧化，正电荷流入正极；第二个硫酸铅中铅的化合价降低，被还原，负电荷流入负极。

　　蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应，生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。

　　由于充电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸，铅及过氧化铅，因此电池内电解液的浓度逐渐增加， 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

　　放电后的蓄电池必须通过充电才能重新投入使用；

　　新蓄电池和修复后的蓄电池在首次使用前必须进行初充电；

　　蓄电池在正常使用过程中为了保持一定容量，延长其使用寿命，还要进行一些必要的补充充电、均衡充电等维护性充电作业。

　　因此，充电作业是保证蓄电池在整个使用过程中技术性能良好、延长其使用寿命的一个重要环节。

　　根据充电目的的不同，蓄电池的充电作业可分为初充电、补充充电、去硫充电等。

　　新蓄电池或修复后的蓄电池在使用之前的首次充电称为初充电；

　　目的：恢复蓄电池在存放期间，极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。

　　初充电恰当与否，对蓄电池的使用性能极为重要。

　　初充电的特点：充电电流小、充电时间长，电化学反应充分。

　　蓄电池在车辆上使用时，常有充电不足的现象，尤其是短途运输车辆，应根据需要进行补充充电。

　　一般每月一次，如有下列现象发生，必须随时进行补充充电：

　　1）电解液相对密度下降到1.15以下；

　　2）冬季放电超过25％，夏季放电超过50％；

　　3）灯光暗淡、起动机运转无力，表明电力不足时。

　　另外，蓄电池放置时间超过一个月时，也应进行补充充电；在大量补充蒸馏水后也应进行补充充电。

　　蓄电池在使用中常处于部分放电的情况，参加化学反应的活性物质有限，为迫使相当于额定容量的活性物质都能参加工作，以避免活性物质长期不工作而收缩，可每隔3个月进行一次循环锻炼充电。

　　即在电池正常充足电后，用20h放电率放完电，再正常充电后送出使用。

　　当极板硫化较严重时，可进行“去硫充电”。

　　蓄电池在使用过程中，由于制造、使用等因素，会出现各单体电池的端电压、电解液密度、容量等的差异，采用均衡充电的方法可消除这种差异。

　　蓄电池充电，必须根据不同情况选择适当的方法，并且正确地使用充电设备。这样才能提高工作效率，并延长蓄电池和充电设备的使用期限。

　　通常蓄电池的充电方法有定流充电和定压充电两种，近年来快速充电（脉冲充电）也逐步推广。

　　（1）定流充电

　　在充电过程中，充电电流保持一定的充电方法，称为定流充电，如图所示。

　　定流充电有较大的适应性，可以任意选择和调整充电电流，因此可对各种不同情况的蓄电池充电。

　　如新蓄电池的初充电，补充充电，以及去硫充电均可采用这种方法。

　　但它的缺点是充电时间长，并且需要经常调节充电电流。

　　（2）定压充电

　　充电过程中，电源电压U始终保持不变的充电方法称为定压充电，如图所示。

　　采用定压充电时，要选择好充电电压：若电压过高，不但充电初期充电电流过大，且会发生过充电现象，以致引起极板弯曲、活性物质大量脱落，蓄电池温升过高；若充电电压过低，则会使蓄电池不能充电。

　　定压充电还要求被充电的蓄电池必须并联在充电电源之间，由于在汽车上蓄电池是和发电机并联的，所以蓄电池始终是在发电机的恒定电压（通过调节器调整）下进行充电的。

　　上述的充电方法统称为“常规充电”，要完成一次初充电需60h一70h，补充充电也要20h左右。由于充电的时间太长，给使用带来很大不便。

　　（3）脉冲快速充电

　　脉冲快速充电，可极大地克服充电过程中所产生的极化现象，有效地提高充电效率。

　　其充电电流波形如图所示：

　　① 充电时间大为缩短，一般初充电不多于5h，补充充电不多于1h。

　　②可以增加蓄电池的容量。由于脉冲快速充电能够消除极化。因此，充电时化学反应充分，加深了反应深度，使蓄电池容量有所增加，故新蓄电池初充电后不必放电不必放电即可使用，这样不仅节约了电能，又给使用带来了方便。

　　③具有显著的去硫化作用。由于脉冲快速充电具有上述优点，因此在电池集中、充电频繁或应急使用部门，其优点更为突出。但脉冲充电机控制电路复杂，价格高于普通充电机，使用中还不够理想，有待进一步改进。

　　（4）充电时蓄电池正负极性的识别

　　充电时应将蓄电池的正负极对应地和充电机的正负极相连。因此，需要正确判断蓄电池的极性。

　　蓄电池的极柱上一般都标有“十”、 “—”记号；或正极柱上涂红色。如果标计模糊不清，可用下述方法进行识别：

　　①观察极柱的颜色，使用过的蓄电池正极柱呈深棕色，负极柱呈淡灰色。

　　②用直流电压表接蓄电池的两极，按照指针偏摆方向判断其正负极。

　　③利用电解液进行识别，将蓄电池的两极接上导线，分别插入电解液中（不要使两导线相碰），导线周围产生气泡多的为负极。

　　铅酸蓄电池的常规充电方式有两种：浮充（又称恒压充电）和循环充电。

　　浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C（C为蓄电池的额定容量）为原则。

　　循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90％时，再改用浮充电压充电，直至充满。

　　以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中，电池电压逐渐增高，充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压总是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降；采用快速充电可能使蓄电池过量充电，易导致电池损坏。对于循环充电而言，采用较小电流充电，充电效果较好。但对于大容量的蓄电池，充电时间就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。