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免維護(hù)蓄電池在運行中通常要完成兩個任務(wù),首先是盡可能快地使免維護(hù)蓄電池恢復(fù)額定容量,另一個任務(wù)是用浮充電補充免維護(hù)蓄電池因自放電而損失的電量,以維持免維護(hù)蓄電池的額定容量。在密封鉛酸蓄電池中,采用中等充電速率時,氫氣和氧氣能夠重新化合為水。
通常免維護(hù)蓄電池的浮充壽命可達(dá)10年以上。免維護(hù)蓄電池的壽命通常分為循環(huán)壽命和浮充壽命兩種,免維護(hù)蓄電池的容量減少到規(guī)定值以前,免維護(hù)蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。在正常維護(hù)條件下,免維護(hù)蓄電池浮充供電的時間稱為浮充壽命。
1.初始充電
初始充電時間與充電速率有關(guān),當(dāng)充電速率大于C/5時,免維護(hù)蓄電池容量恢復(fù)到放出容量的80%以前,即開始過充電反應(yīng)。只有充電速率小于C/100,才能使免維護(hù)蓄電池容量恢復(fù)到100%后,才開始過充電反應(yīng)。采用較大充電速率時,為了使免維護(hù)蓄電池容量恢復(fù)到100%,必須允許一定的過充電,過充電反應(yīng)發(fā)生后,單格免維護(hù)蓄電池的電壓迅速上升,達(dá)到一定數(shù)值后,上升速率減小,然后免維護(hù)蓄電池電壓開始緩慢下降。由此可知,免維護(hù)蓄電池充足電后,維持免維護(hù)蓄電池容量的最佳方法是在免維護(hù)蓄電池組兩端加入恒定的電壓。這就是說,免維護(hù)蓄電池充足電后,充電器應(yīng)輸出恒定的浮充電壓。
2.浮充電
(1)浮充電壓
浮充電壓=開路電壓+極化電壓=(電解液密度+0.85)V+(0.10~0.18)V=(1.30+0.85)V+(0.10~0.18)V=2.15V+0.10V==2.25V(單體2V的免維護(hù)蓄電池)
(2)浮充電流
普通鉛酸蓄電池的浮充電流有兩個作用:一是補充鉛酸蓄電池自放電的損失;二是向日常性負(fù)載提供電流。
免維護(hù)蓄電池的浮充電流有三個作用:其一是補充免維護(hù)蓄電池自放電的損失;其二是向日常性負(fù)載提供電流;三是維持免維護(hù)蓄電池內(nèi)氧循環(huán)。
在浮充狀態(tài)下,充入免維護(hù)蓄電池的電流應(yīng)能補充免維護(hù)蓄電池因自放電而失去的電量和維持免維護(hù)蓄電池內(nèi)氧循環(huán)。浮充電壓不能過高,以免因嚴(yán)重過充電而縮短免維護(hù)蓄電池的壽命。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷?,免維護(hù)蓄電池的浮充壽命可達(dá)10年以上。實踐證明,實際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5%時,免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半。
3.端電壓的偏差
蓄電池端電壓的動態(tài)偏差在浮充運行初期較大,實際上,剛出廠的免維護(hù)蓄電池可能是因為部分免維護(hù)蓄電池中處于電解液飽和狀態(tài)而影響了氧復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行,從而使浮充電壓過高,電解液飽和的免維護(hù)蓄電池會因不斷的充電使水分解而“自動調(diào)整”至非飽和狀態(tài),6個月后端電壓偏差逐漸減小。但偏差較大也不排除與制造質(zhì)量有關(guān)。
4.氣體的復(fù)合
在正常浮充電電壓下,電流在0.02C以下時,氣體100%復(fù)合,正極析出的氧擴散到負(fù)極表面。100%在負(fù)極還原,負(fù)極周圍無盈余的氧氣,負(fù)極析出的氫氣是微量的。若提升浮充電壓,或環(huán)境溫度升高,使充入電流陡升,氣體再化合效率隨充電電流增大而變小,在0.05C時復(fù)合率為90%,當(dāng)電流在0.1C時,氣體再化合效率近似為零。如圖3所示,這時聚集在負(fù)極的氧氣和負(fù)極表面析出的氫氣很多,免維護(hù)蓄電池內(nèi)壓陡升,排氣閥開啟,造成免維護(hù)蓄電池嚴(yán)重缺水。
5.溫度的影響
免維護(hù)蓄電池充電時其內(nèi)部氣體復(fù)合本身就是放熱反應(yīng),使免維護(hù)蓄電池溫度升高,浮充電流增大,析氣量增大,促使免維護(hù)蓄電池溫度升得更高,免維護(hù)蓄電池本身是“貧液”,裝配緊密,內(nèi)部散熱困難,如不及時將熱量排除,將造成熱失控。浮充末期電壓太高,免維護(hù)蓄電池周圍環(huán)境溫度升高,都會使免維護(hù)蓄電池?zé)崾Э丶觿 ?/p>
免維護(hù)蓄電池的電壓與溫度有很大關(guān)系,溫度每升高1℃,單格免維護(hù)蓄電池的電壓將下降約3mV/單體免維護(hù)蓄電池。也就是說,免維護(hù)蓄電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù),其值為-3mV/℃。由此可知,在環(huán)境溫度為25℃時工作很理想的充電器,當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃時,免維護(hù)蓄電池就不能充足電,當(dāng)環(huán)境溫度升到50℃時會使免維護(hù)蓄電池過充電,免維護(hù)蓄電池將因嚴(yán)重過充電而縮短壽命。溫度低于-40℃時,免維護(hù)蓄電池還能正常工作,但免維護(hù)蓄電池容量會減小。因此,為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi),都能使免維護(hù)蓄電池剛好充足電,充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨免維護(hù)蓄電池的電壓溫度系數(shù)而變。
免維護(hù)蓄電池由于結(jié)構(gòu)問題對溫度要求很高,為此,在設(shè)計充電設(shè)備時要考慮溫度補償措施,但溫度采樣點的選取至關(guān)重要,它直接關(guān)系著補償?shù)男Ч?br />
溫度采樣點有三處,即一免維護(hù)蓄電池附近的空氣溫度、二免維護(hù)蓄電池外殼的表面溫度、三免維護(hù)蓄電池內(nèi)部電解液溫度。第一處最容易,但這種方法很不準(zhǔn)確,因為某種原因使免維護(hù)蓄電池溫度升高,但免維護(hù)蓄電池溫度的升高很難引起免維護(hù)蓄電池附近的空氣溫度升高,因此這種補償措施基本無用;第三處最能反映免維護(hù)蓄電池的實際情況,但較難實現(xiàn);第二處最實際,也較容易實現(xiàn),目前基本都采用第二處的采樣設(shè)計溫度補償單元。
6.電解液配方對高倍率免維護(hù)蓄電池放電性能的影響
長期以來,國內(nèi)外就硫酸電解液中加入某添加劑后對免維護(hù)蓄電池性能的影響進(jìn)行了大量的研究。由于電解液添加劑的使用,具有不改變免維護(hù)蓄電池工業(yè)生產(chǎn)過程、附加成本低、效果好、便于推廣等優(yōu)點,因此,選擇合適的電解液添加劑已成為改善免維護(hù)蓄電池性能的主要途徑之一。免維護(hù)蓄電池電解液添加劑的作用可以歸結(jié)為以下幾點:
1)增強電解液的電導(dǎo),提高免維護(hù)蓄電池過放電后的容量恢復(fù)性能和再充電接受能力。
2)抑制枝晶短路的發(fā)生。
3)高免維護(hù)蓄電池的容量和抑制早期容量損失。
4)防止活性物質(zhì)的軟化、脫落和減緩板柵的腐蝕。
在試驗中發(fā)現(xiàn),某些添加劑只具有上述的一種作用,而另一些添加劑則同時具有幾種作用。所以應(yīng)采用綜合的電解液配方,以改變電解液組成,使免維護(hù)蓄電池的放電性能得以改善。