1.1.8 蓄电池的充电

蓄电池是一种能量转换装置，将充电电源的电能转换为蓄电池化学能的过程称为充电。为使蓄电池保持一定容量和延长蓄电池的使用寿命，必须对蓄电池进行充电。

1.充电方法

蓄电池的充电应根据不同情况选择适当的方法，并正确使用充电设备，才能提高工作效率，延长蓄电池及充电设备的寿命。蓄电池的充电方法通常有定电流充电、定电压充电和快速脉冲充电。

（1）定电流充电法。在充电过程中，使充电电流保持恒定的充电方法称为定电流充电法。定电流充电电路和充电特性如图1-25所示。

由Ic=（Uc-E）/R可知，在充电过程中，随着蓄电池电动势的升高，必须相应提高充电电压，才能保持充电电流的恒定。在充电的第一阶段，用较大的电流进行定电流充电，当单格电池电压上升到2.4V时，电解液中开始出现较多的气泡，这时应将充电电流减小一半转入第二阶段定电流充电，直至蓄电池完全充足电。由于第二阶段充电电流较小，既可减小极板活性物质的脱落，又能保证蓄电池完全充足电。

定电流充电法的优点是：充电电流具有较大的适应性，可以任意选择充电电流的大小。当不同容量的蓄电池串联在一起充电时，可按容量最小者选择电流，当小容量蓄电池充足电后，可将此蓄电池及时去除，再继续给大容量蓄电池充电。

定电流充电有利于延长蓄电池的使用寿命，该方法适用于初充电、补充充电和去硫化充电等。其缺点是充电时间长，且需要经常调节充电电流。

（2）定电压充电法。在充电过程中，将充电电压始终保持恒定的充电方法称为定电压充电法。目前汽车上的电源系统及许多充电设备均采用此法。

在定电压充电过程中，蓄电池的电动势E与充电电流Ic的关系如图1-26所示。

在充电初期，由于蓄电池的电动势较低，充电电压与电动势的差值较大，充电电流较大，电动势上升也较快；随着充电时间增长，充电电压与电动势之差值逐渐减小，充电电流随之减小；当电动势升至充电电压时，充电电压与电动势之差为零，充电电流也减小到零，充电将自动停止。

定电压充电法的优点是：充电效率高，充电（4～5）h即可获得蓄电池80%以上的容量，大大缩短了充电时间；充电电流能随电动势的增大而逐渐减少至零，如果充电电压选择合适，不会发生过充电；此外，定电压充电法可对多对同电压的蓄电池进行并联充电。

采用定电压充电法充电时，如果充电电压选择过低，则充电电压与电动势之差值减小，只需较短时间就可出现充电电流为零的现象，在此情况下，蓄电池不可能充足电，长此以往，导致蓄电池长期亏电而产生硫化，使用寿命大大缩短。如果充电电压过高，即使在蓄电池充足电后，也还有一定充电电流继续充电，其结果导致过量充电。因此，应用定电压充电法充电时，其充电电压一般为每单格电池大约需2.5V，即12V电池需要的充电电压约为15V。

（3）快速脉冲充电法。快速脉冲充电的电流波形如图1-27所示。其特点是先用0.8～1倍额定容量的大电流进行定电流充电，使蓄电池在短时间内充电至额定容量的50%～60%。当蓄电池单格电压升到2.4V时，由控制电路控制，开始进行脉冲充电，即先停止充电（25～40）ms（称前停充），接着再放电或反充电，使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流[脉冲深度为充电电流的1～3倍，脉冲宽度为（100～150）ms]，然后再停止充电25ms （称后停充）。以后的充电一直按正脉冲充电—→前停充—→负脉冲瞬间放电—→后停充—→正脉冲充电的循环过程进行，直至充足。

快速脉冲充电的特点如下：

①充电时间缩短。常规充电，补充充电约需（13～16）h，采用快速脉冲充电，补充充电大约需要1h。

②可增加蓄电池容量，提高起动性能。由于快速脉冲充电能够消除极化，充电时化学反应充分，加深了反应深度，因此使蓄电池容量增加，提高了起动性能。

③去硫化显著。一般去硫化充电费时且麻烦，而快速脉冲充电只需（4～5）h，且效果良好。

④出气率高。采用快速脉冲充电，蓄电池析出气体的总量虽然减小，但其出气率高，只是对极板活性物质的冲刷力强，活性物质易脱落，蓄电池的使用寿命受到一定的影响。

2.充电工艺

按充电用途不同，蓄电池充电工艺可分为初充电、补充充电、去硫化充电等。

（1）初充电。初充电是指新蓄电池或更换极板的蓄电池在使用前的首次充电，目的是恢复蓄电池在存放期间极板上缓慢硫化和自放电而失去的电量。

初充电操作步骤如下：

①按蓄电池制造厂的规定和本地区的气温条件，加注一定密度的电解液。

操作时应注意：注入电解液的温度不能超过30℃，加入电解液后应静置（4～6）h，以使极板浸透；若液面因电解液渗入极板而下降，则应补充到高出极板上沿15mm。

②将蓄电池的正、负极分别与充电机的正、负极相连。

③采用定电流充电法对蓄电池进行充电时，充电过程通常分为两个阶段进行。在第一阶段充电电流约为额定容量的1/15，充至电解液开始冒气泡，单格电压达2.4V时，将电流减半，此阶段充电时间约为（20～30）h。然后将充电电流减小一半，转入第二阶段进行充电。在第二阶段，约每小时测量三次电解液密度和电压，直到它们不再上升，且待所有的电解槽都开始沸腾时，停止充电，此时充足电的电解液密度应为（1.24～1.28）g/cm3（具体应视情况而定），蓄电池电动势为（15.6～16.2）V。

④充好电的蓄电池应检查电解液的密度，如不符合规定，应用蒸馏水或1.4g/cm3稀硫酸将其调整到规定值，调整后，再充电2h，直至电解液的密度符合规定为止，然后调整液面高度至规定位置。

⑤充电完毕后，将蓄电池加液孔盖拧紧，并清洁其表面，即可待用。

（2）补充充电。在汽车上使用的蓄电池，经常有充电不足的现象发生，若发现有下列现象之一，应对蓄电池放电程度进行检查，以便进行补充充电。

①电解液相对密度下降至1.20g/cm3以下（用密度汁测量）。

②单格电池电压下降至1.75V以下。

③灯光暗淡，起动无力，喇叭沙哑。

④冬季放电超过额定容量的25%，夏季放电超过额定容量的50%。

补充充电的操作步骤如下：

①清洁蓄电池，将液面高度调整至高出隔板或护网15mm位置或与蓄电池壳体上的上平面线平齐。当液面过低时，只需补充蒸馏水。

②选择补充充电电流：第一阶段充电电流为Qe/10；第二阶段充电电流为Qe/20。

蓄电池的容量不同，充电电流大小也不相同。同一充电支路中各串联蓄电池的容量不同时，应按容量最小者选择充电电流。当小容量蓄电池充足电后，应随即摘除，再继续给大容量蓄电池充电，这样既能保证各蓄电池都能充足电，又能避免小容量蓄电池过量充电。

③连接蓄电池时，先连接串联支路，再将各支路并联连接，最后将蓄电池充电支路的正极与充电机正极相连，将充电支路的负极与充电机负极相接。

在操作中应注意：若需补充充电的蓄电池数目较多，可根据充电设备的额定电压和额定电流选择一定数量的蓄电池同时充电。

根据充电机的额定电流和第一阶段充电电流确定蓄电池并联支路数：i=IR/IC。

IR为充电设备的额定电流；IC为蓄电池第一阶段的充电电流。

根据充电机的额定电压UR和单格蓄电池充足电时的电压（为了保证蓄电池充足电，单格电压按2.75V计算），确定每条充电支路上串联蓄电池的只数：m=UR/2.75×6=UR/16.5。

当一条充电支路中串联蓄电池的只数大于m时，由于充电机电压不足，蓄电池不能充足电。当有两条或两条以上并联支路同时充电时，各支路串联蓄电池的单格电池总数必须相等，否则会导致串联单格电池总数少的蓄电池过量充电。

④接通充电电路进行充电。在充电过程中，每隔（2～3）h应测量一次蓄电池的充电电压、电解液的相对密度和温度。当单格电压达到2.4V时，应及时转入第二阶段充电，直到充足电为止。当电解液温度上升到40℃时，应将充电电流减半。当温度继续升高到45℃时，应暂停充电，待温度降到低于40℃后，方可继续充电。

⑤充电结束30min后测量电解液的相对密度值，如果不符合规定要求，应进行调整。相对密度偏低时应补充密度为1.40g/cm3的稀硫酸；反之应补充蒸馏水。

调整电解液的相对密度之后，需再充电2h，然后再次检查电解液的相对密度是否符合规定。各单格电池之间的相对密度之差不得超过0.01。

（3）循环锻炼充电。蓄电池在使用过程中经常处于部分放电的状态，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，以避免活性物质由于长期不参与化学反应而收缩，每隔一段时间（如3个月）应对蓄电池进行一次循环锻炼充电。充电方法是先用补充充电法将蓄电池充足电，然后以20h放电率放完电，再用补充充电法充足电。

（4）去硫化充电。铅蓄电池发生硫化故障后，其内电阻将显著增大，充电时温度升高也较快。硫化程度较轻时可以用去硫化充电法消除硫化，硫化严重的铅蓄电池只能报废。

去硫化充电的工艺如下：

①倒出电解液，加入蒸馏水冲洗两次后，再加入蒸馏水；

②用初充电的电流进行充电，当密度上升到1.15g/cm3时，倒出电解液，再加蒸馏水继续充电，直至密度不再上升；

③再以20h放电率放电，放电至蓄电池电压降到1.75V时，再进行上述充电过程。反复进行，直至输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。