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松下铅酸蓄电池的四个充电工作状态

作者:松下电池 时间:2019-03-22 13:50
松下铅酸蓄电池的四个充电工作状态
松下铅酸蓄电池的四个充电工作状态
在铅酸松下蓄电池的涓充电期间(T0~T1),铅酸蓄电池的充电电流取的比较小,一般取C/100(ITC),涓电流充电一直持续到铅酸蓄电池的充电到达了它的预先设定的阈值电压(UCHGENB)。采用涓充电的目的是为了避免对有损坏的铅酸蓄电池的连续大电流充电而产生的不利影响,需注意的是,根据充电器电路加电后电池电压的情况,可以跳过涓充电的充电状态。
无论放电电流大小,在放电的初始阶段都会使端电压下降较多,然后略有回升的现象,这是因为电池从充电状态转变为放电状态的瞬间,电池极板附近的电荷快速释放出来,而离极板较远的电荷需要逐渐运送到极板附近,然后才能释放出来,这个过程形成了电池端电压有较大的低谷。
  无论放电电流大小,电池端电压最终将出现急剧下降的拐点,以这些曲线的拐点连接得到的曲线就称为安全工作时的终止电压曲线,UPS的电池电压工作终点都是设计在这条拐点曲线附近的。拐点之后的曲线具有电压急剧下降的趋势,直到放电曲线的终点,这些终点连接得到的曲线称为最小终止电压曲线,它表示放电电压低于此曲线后将造成松下蓄电池的永久性失效,即电池不能再恢复储电能力。由此可见UPS中设计有防止电池深度放电的保护功能是极为必要的。
 (1)充电电流曲线:在充电开始阶段,充电电流是一个恒定值,随着充电时间的推移,充电电流逐渐下降,并最终趋于0。这是由于在放电过程中,电池内的电荷大量流失,由放电转变为充电时,电荷的增长速度较快,化学反应将产生大量的气体和热量,对于密封电池来说,即使通过安全阀可以将气体和热量排放掉,但氢离子和水将同时损失掉,使电池的储能下降,因此必须限定充电的电流值,随着电池容量的恢复,充电电流将自动下降。充电电流下降10mA/Ah以下时即认为电池已基本充满,转入浮充电状态。电池放电越深,则恒流充电的时间越长,反之则较短。
  (2)充电电压曲线:在电池恒流充电阶段,松下蓄电池的电压始终是上升的,因此有时又称为升压充电。当恒流充电结束时,电池的电压基本保持不变,称为恒压充电。在恒压充电阶段,电池的电流逐渐减小,并最终趋于0,结束恒压充电阶段,转入浮充电,以保持电池的储能,防止电池的自放电。
  (3)充电容量曲线:在恒流充电阶段,电池的容量基本呈线性增长;在恒压充电阶段,容量增长的速度减慢;恒压充电结束后,容量基本恢复到100%大约需要24小时左右;转入浮充电后,容量基本不再明显增长。由充电曲线还可以看到一组虚线,是电池放电50%后的充电特性,与100%放电后的充电特性相比,恒流充电时间明显缩短,恒压充电9小时左右,容量基本恢复到100%。由以上可知:
①恒流充电是为了恢复电池的电压;
②恒压充电是为了恢复电池的储能;
③浮充电是为了抑制松下蓄电池的自放电或保持储能。
松下铅酸蓄电池的四个充电工作状态
  UPS设计的电池放电容量通常为50%~70%额定容量,一般放电后最好连续充电24小时。无论50%放电还是100%放电,恒流充电都是0.1C10(6A),恒压充电都是6.75V(2.25V/cell),这是在25℃环境温度下进行的。如果温度上升,则充电电压必须下降;否则电池内的化学反应会加强,产生大量的气体,使电池内的压力增加,并经减压阀将气体释放,使电池内的电解液减少,将造成电池的提早老化,减少电池的使用寿命。许多品牌UPS正是根据这一原理,设计了浮充电压随温度而变化的功能,以优化松下蓄电池的使用寿命。

当环境温度较低时,尽管有的充电器温度补偿范围较宽,但由于电池内部电解液的温度特性将会造成蓄电池输出的实际容量下降。当环境温度为0℃时,密封铅酸电池的输出实际容量为标称值的80%左右,所以当环境温度较低时,充电器的温度补偿功能对蓄电池输出容量下降的问题是无法解决的。
      密封铅酸蓄电池要注意避免的另一种情况是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电压值与其放电电流的大小有着特定的对应关系。如电池以10小时率放电,即以电池标称容量1/10的电流放电,规定放电电压到单体电压1.8V时应停止放电,若此时电池仍继续放电,造成电池单体电压过低,便发生了上述过放电现象,也即深度放电。密封铅酸蓄电池深度放电必然会使其有效循环次数减少,缩短电池使用寿命。如深度放电后不能及时进行充电则会加速电池的早期失效。
对于与UPS连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。定期维护主要包括以下两个方面:首先是对处于长期备用浮充状态的松下蓄电池组定期进行放电、充电维护。充放电时间间隔一般为6~12个月,因铅酸蓄电池不存在记忆效应,所以放出的容量不必等于标称容量,一般放出标称容量的10%~20%即可。在UPS备用电池组定期进行这种放电充电维护时,一定要采取可靠的措施确保在电池组放电维护时间内UPS的负载不能中断供电。此时可采用两台同等容量同型号的UPS,其输出端共同通过自动转换柜以热备份方式对负载供电。把主供电的UPS用手动转为电池供电,同时要注意观察UPS显示屏上显示的电池剩余容量,但此时可不必担心由于电池组电压突然下降造成UPS关机,因为另一台UPS在市电供电下以热备份方式工作,一旦主机关断,备机便立即投入供电。采用这种放电方法时,主机备用电池组的放电容量可在20%~30%即可达到放电维护的目的。当UPS的负载为一般的PC机或负载内部的电源具有一定的维持能力时,上述备用电池组定期充电放电的维护方法是可行的,因为具有主备用UPS相互切换功能的转换柜的切换时间一般都小于负载电源的维持时间。对于一些电源维持时间很短的负载,可采用具有电池自检功能的UPS对其备用松下蓄电池组进行自检来完成定期充放电维护。具有这种先进功能的UPS无需断开其内部AC/DC整流器的输出,而是调节整流器的直流输出电压,使整流器与备用电池组以并联输出方式为DC/AC正弦波逆变器供电。由检测控制电路调整整流器的输出电压,使备用电池组以恒定电流放电。同时UPS会随时显示电池组的剩余容量,在进行这种操作时,如万一发生因电池组中的某节电池损坏而造成电池放电失败时,整流器的输出电压立即上升到正常工作状态,用以保证正弦波逆变器的正常输入,使负载得到连续不间断供电。这种利用电池自检功能进行放电维护时所放出的能量一般控制在10%~20%之间。
      备用电池组的另一种维护是对电池组进行短时间的均衡充电。这是因为电池组在长期的浮充备用状态下或经过多次循环使用后,由于其内部原因会出现端电压、内阻不一致的现象。为了消除这种不均衡现象的故障隐患,进行均衡充电时每个电池的单体电压可充到2.3~2.4V,充电电流要限制在0.2C以内,在这种均衡充电状态下5个小时左右而后转入正常浮充状态。密封铅酸蓄电池的均衡充电维护应在环境温度为20℃~25℃时进行,至于何时对电池组进行均衡充电,应根据电池组的实际使用情况而定。一般经过均衡充电后电池组中的电压、内阻不平衡现象得到改善,可延长电池组的使用寿命。
蓄电池用户最关心的问题是电池监测产品能否满足他们应用系统的安全要求。而市场上销售的电池监测产品并非都能令用户满意。从国内外的研究结果来看,单体电池电压监测除了能够发现电池短路和电池断路这样类型的电池失效外,对电池容量下降很难发现,电池容量下降是电池失效的最主要模式,目前只有松下蓄电池内阻监测可以有效地发现这样的电池。