第 35 卷 第 4 期 2005 年 8 月
电
池
BA T T ER Y BIM ON THL Y
Vol1 35, N o14 A ug1 , 2005
慢脉冲快速充电延长铅酸蓄电池寿命的研究
王坚
( 盐城师范学院电源技术研究中心, 江苏 盐城 224002)
摘要: 研究了充电方式对铅酸蓄电池寿 命的影响。 采用慢 脉冲快 速充电方 法不仅 可实现 高效快 速充 电, 同 时可 以减少 析 气, 消除硫酸盐化, 进行均衡充电, 从而延长了铅酸蓄电池 的使用寿命。 关键词: 慢脉冲快速充电; 硫酸盐化; 析气; 不均衡 中图分类号: T M 9121 1 文献标识码: A 文章编号: 1001- 1579( 2005) 04- 0288- 02
图 2 100% DOD 第 300 次循环时电池组充电电压和电流曲 线 F ig1 2 T he char ging vo ltage and curr ent cur ves of t he battery pack
w ith 100% DOD during 300th cycling 21211 使用中的电池不一致性扩大的原因
过充电 所产生的大量气泡会 对极板 微孔造 成压力, 使极 板 活性物质容 易脱落; 电解液因 析气而 水分减 少, 其密度增 大; 极 板易硫酸盐 化, 使用寿命缩 短。如果电 池组中 各电池 容量不 一 致, 在使用过程中就会出现充 电电流超 过容量 较低的 电池的 充 电可接受电流的情况, 使充电 接受能力 低的电 池充入 的电量 减 少, 充电效率降低, 析 气量 增加, 使 得极 板 更容 易硫 酸盐 化, 电 池容量下降。电池在放电过程中, 容量 低的蓄 电池端 电压急 剧 下降而过放 电, 并易 使 极 板 上 生成 粗 晶 粒 的 硫 酸 铅 ( 硫 酸 盐 化) 。可见, 过放电同样 会使蓄 电池容 量降低。 总之, 蓄电池 组
DO D
作者简介: 王 坚( 1961- ) , 男, 江 苏人, 盐城师范学院电源技术研究中心高级工程师, 研究方向: 化学电源。
第4期
王 坚: 慢脉冲快速充电延长铅酸蓄电池寿命的研究
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2 结果与讨论
如图 1 所示: 慢脉冲快速充电对 铅酸胶体动 力蓄电池 70% 以上 DOD 的 循 环寿 命可 达 到 1 800 次, 对 V RLA 电池 100% DOD 也超过 475 次循环, 证明慢脉冲快速充电使 铅酸蓄电池 的 使用寿命得到延长。下面用这一 方法对 蓄电池 在充电时, 析 气 量、电池组的均衡性等方面做进一步分析。 211 有利于减少蓄电池充电时的析气量[ 4]
充电方法
充电时间 5 A 放电 / min 时间/ min
慢脉冲快速 80
125
普通充电 495
126
放电容 量/ Ah
101 42
101 50
析气量 / ml
48
182
电池 温升/ e
51 5
51 1
慢脉冲快速充电方式和普通 充电方 式的 5 A 放电 容量, 均 超过 10 A h, 蓄电池不欠 充; 而慢 脉冲快 速充 电方式, 充 电时 间 仅是普通充电器的 1/ 6, 析气量仅 1/ 4。慢脉冲充电不仅实现快 速充电, 而且析气性能明显优于带有负脉冲三 段式充电器。 212 有利于蓄电池均衡充电
1 试验
比较 JB/ T 1026- 2001 和 DB31/ 202- 19975 电动助 力车 蓄 电池6 标准, 它们具有等效性, 但后 者更易 操作。本文 作者采 用 DB31/ 202- 1997 的标准做循环 寿命测 试。按照 现存的 充电 方 法做循环寿 命测试需用 1 a 左右 的时间, 而 本文 作者采 用慢 脉 冲快速充电方法做循环寿命测试, 每 24 h 可 做 6~ 7 次循环, 为 测试铅酸蓄电池的循环性能缩短了时间。 111 试验方案设计
本文作 者研 制了全 自动 循环 仪, 该 循环 仪由 微机控 制, 充 电装置采 用慢脉冲专利 技术 研制出 的充 电器, 充 电电流 在 015 C 以上; 采用恒流放电, 数据 采集卡 用 RM 417 每秒 采集 1 次充 放电电压和电流值; 控制 卡用 RM 440, 采 用双路 控制 充放电 和 寿命循环结束; 采用 R M450 和 计算机进 行通讯, 同 时根据 分析 结果控制充放电。电 流 和电 压传 感 器采 用霍 耳 器件。 校正 用 01 2 级的电压表和电 流表 对实际 电压 进行测 量, 再同 计算机 上 的显示值比较。 11 3 测试
Extending the cycle life of lead acid battery with slow pulse fast charge
WANG Jian
( Research Center of Pow er T echnical , Y ancheng T eacher s College, Yancheng, Jiangsu 224002, China)
51 1
710
81 0
81 5
81 9
d
21 5
510
61 0
71 0
71 2
e
11 2
415
41 8
61 8
61 7
慢脉冲快速充电电流为 11 5 C 时, 对电 池容量 有显著 恢复 作用, 经过一段时间使用, 未见 电池容量 有明显 的衰减, 说 明活 性物质的数量已增加, PbSO4 在 充电过程中变成了 PbO2 或 Pb, 又可以重新使用。
经市场调查, 应用 于电 动自 行车 的行 驶里 程在 25 km以 下 的蓄电池, 经 检测: 并 非 3 只 蓄 电 池 容量 都 低 于 额 定 容 量 的 60% , 是其 中 1 只 蓄电池 容量低于 额定容 量的 60% , 而其他 两 只容量在额定容量的 90% 左右。这种现象 说明: 不均衡性是 影 响蓄电池寿命的一个重要因素, 如图 2 所示。
中的单体电池的不一致性, 会 使电池 组中容 量低的 电池过 充放
电, 使电池陷入电 池极 板硫 酸盐 化加 剧、容量 差距 进一 步扩 大
的恶性循环之中, 缩短了蓄电池的 实际使用寿命。
21 212 慢脉冲大电流充电消除不均衡性
铅酸蓄电池最好用小电 流长时 间充电。增 大充电 电流, 缩
短充电时间, 密封 铅酸 蓄电 池温 度升 高不 大, 其寿 命能 得到 提
3 结论
慢脉冲快 速 充电 方 法 不仅 可 以实 现 高效 ( 充 电 效率 大 于 95% ) 快速充电, 而 且在快速充 电过程中 析气少, 有 利于均 衡充 电和消除硫酸盐化作用, 延长了蓄 电池的使用寿命。
参考文献: [ 1] WAN G Jian( 王坚) 1 慢脉冲快速充电方法[ P] 1 CN : ZL991019481 2,
比较负脉冲三 段式 充 电方 式制 成的 充电 器和 慢脉 冲快 速 充电方式制成的充电器 性能。实 验用 3 只 12 V 、10 Ah V RLA 电池做对比试验, 环境温度为( 25 ? 5) e , 结果见表 1。
表 1 慢脉冲充电和 普通充电性能 Table 1 T he performance of slow pulse charge and ordinary charge
用慢脉冲快速充电方法做循 环寿命 试验, 按方 案 1 作 一组 36 V、10 A h 铅酸胶体动力蓄电池的循环寿命曲线; 按方 案 2 作 一组 36 V 、10 Ah VRL A 电池的循环寿命曲线( 图 1) 。
图 1 70% 以上 DOD 和 100% DOD 电池 的循环寿命 Fig1 1 T he cycle life of batteries wit h ov er 70% DO D and 100%
方案 2: 按 100% DO D, 恒温 25 e , 对 36 V、10 A h 铅酸胶体 动力蓄电池做循环寿 命试 验, 充 电采 用慢 脉冲 快速 充电 方法,
最大充电电流为 5 A , 每次放电至 101 5 V 左 右, 连 续循环, 直到 蓄电池的容量低于额定容量的 70% , 记录循环次数。 11 2 试验仪器设备装配及校正
方案 1: 按 DB31/ 202- 1997 的标 准, 在 室 温下 , 对 36 V、 10 A h铅酸胶体动力 蓄电 池做 循环 寿命 试 验, 充电 采用 慢脉 冲 快速 充电 方法, 最大 充电 电流为 91 2 A, 充 电结束 后, 按 616 A 恒电流放电 1 h。如此循环, 每隔 25 次, 以 01 5 C 放电到1015 V 1 次, 计算出蓄电池 的容量, 记 录数 据, 并绘成 曲线。直 到蓄 电 池的容量低于额定容量的 70% , 就可认为蓄电 池寿命结束 。记 录蓄电池的循环次数, 即为寿命。
Key words: slow pulse fast charge; sulfation; g as evolution; unbalance
针对电动车用铅酸蓄电池目 前的研 究现状, 本文 作者利 用 专利[ 1] 研制出应用于电池检测、维 护、充 电等系 列产品, 并对 市 场上几种铅酸蓄电池和铅酸胶体 蓄电池 的循环 寿命、均衡性 和 析出气体量进行了研究。慢脉冲快速充电不仅能够在 2 h 内 完 全充足电量, 使新电池充电 15 min, 电池容量达 85% 以上, 而 且 使电动车电 池组平均循环寿命 超过 700 次, 解 决了目 前电动 车 蓄电池寿命短、充电时间长等问题[ 2- 3] 。
2004- 03- 201 [ 2] Ikeya T , S aw ada N , Takagi S, et al 1 Charging operation wit h high
energy ef ficiency for electric veh icle valve- regulated lead-acid bat t ery syst em[ J] 1 J Power Sources, 2000, 91( 2) : 130- 1361 [ 3] Pavlov D , Petkova G , Dimit rov M , et al1 Inf luence of fast charge on the lif e cycle of posit ive lead-acid bat tery plates[ J] 1 J Pow er Sources, 2000, 87( 1- 2) : 39- 561 [ 4] WAN G Jian( 王 坚) 1 慢 脉冲 快速充 电控 制电 池极 化的 研究 [ J ] , Bat t ery Bimont hly( 电池) , 2003, 33( 6) : 366- 3681 [ 5] ZHU Song-ran ( 朱 松 然) 1 电 迁 移在 充 电 中 的作 用 [ J ] 1 Bat t ery Bimont hly( 电池) , 2003, 33( 3) : 169- 1701