压控脉冲快速充电器可提高电池循环寿命

 国内的电动自行车大都采用的是铅酸蓄电池，然而阀控式密封铅酸蓄电池的深循环寿命很低，通常只有200-300个循环左右，而电动自行车用蓄电池又是以中等电流长时间持续放电为主，间或以大电流放电，用于起动、加速和爬坡，因此电池组经常在深循环状态下工作，因此，如何进一步提高电池的循环使用寿命以增加铅酸动力电池的市场竞争力已经成为铅酸电池厂家亟待解决的问题。
   充电器对电池寿命的影响主要表现为： 1、充电不足。从电化学反应看，充电不足表现为阴阳两极板硫酸铅不能完全转变为海绵状铅和二氧化铅，这使得电池放电时容量不足，如长期充不足电，则会造成硫酸铅结晶变大，使极板硫化，电池使用寿命缩短；2、过度充电。充电过度会使阳极产生的氧气量大于阴极的吸收能力，从而使电池内压增大，最终冲开安全阀，气体外溢，导致失水。此外，过度充电还会对正极活性物质产生冲击作用，使活性物质软化，缩短电池的使用寿命。因此，有些电池与其说是用坏的，不如说是充坏的。 　
    对一些失效的电动自行车用12V10Ah电池的解剖发现，电池的失效原因并非由于板栅的腐蚀，而是由于负极的硫酸盐化、电解液的干涸和正极活性物质的软化与脱落联合造成的，这些因素都与过高的氧循环效率有关。目前，电动自行车市场上普遍使用的充电器是恒流-恒压-浮充的三段式的充电器，过充量一般为5%-20%，充电后期浮充的充电电流很小，在电池使用的初期由于隔板的饱和度较高，氧循环效率相对较低，因此这种充电方式还是很有效的，但由于气体的析出、板栅的腐蚀以及电解液从隔板到极板的重新分布等原因造成隔膜中电解液和水分的损失，从而隔板中空孔的数量增加，氧循环效率增加，氧循环消耗了大量的过充电电流和过充电电量，当消耗的电量超过电池的过充电量的百分数时，电池将处于欠充的状态，放电时容量衰减很快。在此介绍一种压控脉冲快速充电器的原理，并研究此种充电器对电池循环寿命的影响。　　
     压控脉冲快速充电器的特点和充电原理　　
   充电时负极的反应为：　　PbSO4+2e-→Pb+SO42-，　　Φ0=0.3586V 　　负极上氧还原的反应为：　　4H++O2+4e-→2H2O，　　Φ0=1.229V由于氧还原反应的标准电极电位比负极反应的标准电极电位正得多，因此在有显著的氧还原反应存在的前提下，负极不可能完全充足，而随着电池循环次数的增加，隔膜的饱和度下降，氧循环效率增加，氧循环消耗了大量的过充电电流和过充电电量，当消耗的电量超过电池的过充电量的百分数时，电池将处于欠充的状态，因此为了保证负极的充分极化，充电后期应采用较大的充电电流，一方面用于氧还原的反应，一方面用于负极活性物质的转化。采用脉冲充电可以提供相对较大的充电结束电流，从而缩短了充电时间，同时可以弥补氧循环消耗的充电电流，确保负极始终保持充足状态，避免欠充和负极的硫酸盐化。
　　由于压控脉冲快速充电器采用了上述充电模式，一方面可以缩短充电时间，更重要的是既可以保证电池充足电，同时还避免了过充电，从而延长电池的循环使用寿命。

　　将完全充足的12V10Ah阀控铅酸蓄电池分别以5A放电1.5h和2h以及放至终止电压10.5V后，采用压控脉冲快速充电器进行充电，记录充满电的时间，所有实验均在25℃的环境中进行。　　

　　为了排除电池组均一性对电池循环寿命的影响，采用单个电池进行100%DOD循环寿命测试，循环时的放电电流为5A，电池放电的终止电压为10.5V，即100%DOD循环，当电池的容量降至2h率额定容量的80%，即8Ah时，电池的寿命终止。充电时采用12V压控脉冲快速充电器，放电在美国Arbin公司的154519-A充放电测试仪上进行。
  　
  　将完全充足电的12 V10 Ah阀控铅酸蓄电池分别放电0.5h，1h,1.5h和2h以及放至终止电压10.5V后的充足电的时间。压控脉冲快速充电器在电池充足电后自动切断，可以保护电池不过充，同时充电时间较快，100%DOD放电后充足不超过3h。　
　  采用压控脉冲快速充电器进100%DOD循环共进行了447次　
（1）采用压控脉冲快速充电器可以实现快速充电，电池100%DOD放电后充足时间小于3h；　　
（2）采用压控脉冲快速充电器使得电池在充满后自动切断，避免了过充电；　
（3）采用压控脉冲快速充电器可以延长电池的循环使用寿命，电池的100%DOD循环共进行了447次。