理解鉛酸電池的充電特性
鉛酸電池（VRLA），是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。一個(gè)單格鉛酸電池的標稱(chēng)電壓是2.0V，能放電到1.5V，能充電到2.4V；在應用中，經(jīng)常用6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)起來(lái)組成標稱(chēng)是12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等。
鉛酸電池的充電原理
鉛蓄電池內的陽(yáng)極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，兩極間會(huì )產(chǎn)生2V的電力，這是根據鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽(yáng)極及電解液即會(huì )發(fā)生如下的變化：
（陽(yáng)極） （電解液） （陰極）
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---》 PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放電反應）
（過(guò)氧化鉛） （硫酸） （海綿狀鉛）
PbO2 中Pb的化合價(jià)降低，被還原，負電荷流動(dòng)；海綿狀鉛中Pb的化合價(jià)升高，正電荷流動(dòng)。
（陽(yáng)極） （電解液） （陰極）
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---》 PbO2 + 2H2SO4 + Pb （充電反應） （必須在通電條件下）
（硫酸鉛） （水） （硫酸鉛）
第一個(gè)硫酸鉛中鉛的化合價(jià)升高，被氧化，正電荷流入正極；第二個(gè)硫酸鉛中鉛的化合價(jià)降低，被還原，負電荷流入負極。
1. 放電中的化學(xué)變化
蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì )與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應，生成新化合物『硫酸鉛』。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。
2. 充電中的化學(xué)變化
由于充電時(shí)在陽(yáng)極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì )在充電時(shí)被分解還原成硫酸，鉛及過(guò)氧化鉛，因此電池內電解液的濃度逐漸增加， 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽(yáng)極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會(huì )減少，此時(shí)應以純水補充之。
放電后的蓄電池必須通過(guò)充電才能重新投入使用。
新蓄電池和修復后的蓄電池在首次使用前必須進(jìn)行初充電。
蓄電池在正常使用過(guò)程中為了保持一定容量，延長(cháng)其使用壽命，還要進(jìn)行一些必要的補充充電、均衡充電等維護性充電作業(yè)。
因此，充電作業(yè)是保證蓄電池在整個(gè)使用過(guò)程中技術(shù)性能良好、延長(cháng)其使用壽命的一個(gè)重要環(huán)節。
根據充電目的的不同，蓄電池的充電作業(yè)可分為初充電、補充充電、去硫充電等。
鉛酸電池如何充電？
1．初充電
新蓄電池或修復后的蓄電池在使用之前的首次充電稱(chēng)為初充電；
目的：恢復蓄電池在存放期間，極板上部分活性物質(zhì)緩慢硫化和自放電而失去的電量。
初充電恰當與否，對蓄電池的使用性能極為重要。
初充電的特點(diǎn)：充電電流小、充電時(shí)間長(cháng)，電化學(xué)反應充分。
2．補充充電
蓄電池在車(chē)輛上使用時(shí)，常有充電不足的現象，尤其是短途運輸車(chē)輛，應根據需要進(jìn)行補充充電。
一般每月一次，如有下列現象發(fā)生，必須隨時(shí)進(jìn)行補充充電：
1）電解液相對密度下降到1.15以下；
2）冬季放電超過(guò)25％，夏季放電超過(guò)50％；
3）燈光暗淡、起動(dòng)機運轉無(wú)力，表明電力不足時(shí)。
另外，蓄電池放置時(shí)間超過(guò)一個(gè)月時(shí)，也應進(jìn)行補充充電；在大量補充蒸餾水后也應進(jìn)行補充充電。
3．循環(huán)鍛煉充電
蓄電池在使用中常處于部分放電的情況，參加化學(xué)反應的活性物質(zhì)有限，為迫使相當于額定容量的活性物質(zhì)都能參加工作，以避免活性物質(zhì)長(cháng)期不工作而收縮，可每隔3個(gè)月進(jìn)行一次循環(huán)鍛煉充電。
即在電池正常充足電后，用20h放電率放完電，再正常充電后送出使用。
4．去硫充電
當極板硫化較嚴重時(shí)，可進(jìn)行“去硫充電”。
5．均衡充電
蓄電池在使用過(guò)程中，由于制造、使用等因素，會(huì )出現各單體電池的端電壓、電解液密度、容量等的差異，采用均衡充電的方法可消除這種差異。
6．充電方法
蓄電池充電，必須根據不同情況選擇適當的方法，并且正確地使用充電設備。這樣才能提高工作效率，并延長(cháng)蓄電池和充電設備的使用期限。
通常蓄電池的充電方法有定流充電和定壓充電兩種，近年來(lái)快速充電（脈沖充電）也逐步推廣。
（1）定流充電
在充電過(guò)程中，充電電流保持一定的充電方法，稱(chēng)為定流充電，如圖所示。
定流充電有較大的適應性，可以任意選擇和調整充電電流，因此可對各種不同情況的蓄電池充電。
如新蓄電池的初充電，補充充電，以及去硫充電均可采用這種方法。
但它的缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(cháng)，并且需要經(jīng)常調節充電電流。
（2）定壓充電
充電過(guò)程中，電源電壓U始終保持不變的充電方法稱(chēng)為定壓充電，如圖所示。
采用定壓充電時(shí)，要選擇好充電電壓：若電壓過(guò)高，不但充電初期充電電流過(guò)大，且會(huì )發(fā)生過(guò)充電現象，以致引起極板彎曲、活性物質(zhì)大量脫落，蓄電池溫升過(guò)高；若充電電壓過(guò)低，則會(huì )使蓄電池不能充電。
定壓充電還要求被充電的蓄電池必須并聯(lián)在充電電源之間，由于在汽車(chē)上蓄電池是和發(fā)電機并聯(lián)的，所以蓄電池始終是在發(fā)電機的恒定電壓（通過(guò)調節器調整）下進(jìn)行充電的。
上述的充電方法統稱(chēng)為“常規充電”，要完成一次初充電需60h一70h，補充充電也要20h左右。由于充電的時(shí)間太長(cháng)，給使用帶來(lái)很大不便。
（3）脈沖快速充電
脈沖快速充電，可極大地克服充電過(guò)程中所產(chǎn)生的極化現象，有效地提高充電效率。
其充電電流波形如圖所示：
脈沖快速充電的優(yōu)點(diǎn)是：
① 充電時(shí)間大為縮短，一般初充電不多于5h，補充充電不多于1h。
②可以增加蓄電池的容量。由于脈沖快速充電能夠消除極化。因此，充電時(shí)化學(xué)反應充分，加深了反應深度，使蓄電池容量有所增加，故新蓄電池初充電后不必放電不必放電即可使用，這樣不僅節約了電能，又給使用帶來(lái)了方便。
③具有顯著(zhù)的去硫化作用。由于脈沖快速充電具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此在電池集中、充電頻繁或應急使用部門(mén)，其優(yōu)點(diǎn)更為突出。但脈沖充電機控制電路復雜，價(jià)格高于普通充電機，使用中還不夠理想，有待進(jìn)一步改進(jìn)。
④充電時(shí)蓄電池正負極性的識別
充電時(shí)應將蓄電池的正負極對應地和充電機的正負極相連。因此，需要正確判斷蓄電池的極性。
蓄電池的極柱上一般都標有“十”、 “—”記號；或正極柱上涂紅色。如果標計模糊不清，可用下述方法進(jìn)行識別：
①觀(guān)察極柱的顏色，使用過(guò)的蓄電池正極柱呈深棕色，負極柱呈淡灰色。
②用直流電壓表接蓄電池的兩極，按照指針偏擺方向判斷其正負極。
③利用電解液進(jìn)行識別，將蓄電池的兩極接上導線(xiàn)，分別插入電解液中（不要使兩導線(xiàn)相碰），導線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生氣泡多的為負極。
常規充電方式
鉛酸蓄電池的常規充電方式有兩種：浮充（又稱(chēng)恒壓充電）和循環(huán)充電。
浮充時(shí)要嚴格掌握充電電壓，如額定電壓為12V的蓄電池，其充電電壓應在13.5~13.8V之間。浮充電壓過(guò)低，蓄電池會(huì )充不滿(mǎn)，過(guò)高則會(huì )造成過(guò)量充電。電壓的調定，應以初期充電電流不超過(guò)0.3C（C為蓄電池的額定容量）為原則。
循環(huán)充電，其初期充電電流也不宜超過(guò)0.3C，充電的安培小時(shí)數要略大于放電安培小時(shí)數。也可先以0.1C的充電速率恒流充電數小時(shí)，當充電安培小時(shí)數達到放電安培小時(shí)數的90％時(shí)，再改用浮充電壓充電，直至充滿(mǎn)。
以上為目前常用的鉛酸蓄電池充電方式，但這兩種方式存在著(zhù)一些不足之處。在充電過(guò)程中，電池電壓逐漸增高，充電電流逐漸降低。由于恒壓充電不管電池電壓的實(shí)際狀態(tài)，充電電壓總是恒定的，充電電流剛開(kāi)始比較大，然后按指數規律下降；采用快速充電可能使蓄電池過(guò)量充電，易導致電池損壞。對于循環(huán)充電而言，采用較小電流充電，充電效果較好。但對于大容量的蓄電池，充電時(shí)間就會(huì )拖得很長(cháng)，時(shí)效低，造成諸多不便。 |
