密閉式鉛酸電池的使用

2011-01-10 20:05

電池的放置
在購買蓄電池後,初次使用或長期未使用時,必須充份充電後再使用。蓄電池於靜置貯存時會因為自行放電而逐漸降低其容量,如不經充份充電會造成其性能無法發揮。

避免將鉛酸電池裝置於密封的機殼內,或是不通風的房間中。鉛酸電池於充電中會產生氫和氧的混合氣體,可能會被火花引爆。

與電池端子連接的螺絲需鎖緊。勿將金屬物件置放在電池上部。將電池置放金屬機殼中,需於其間插入耐酸、隔熱的絕緣物。勿將電池倒置來充電,如此作有造成酸液溢出之顧慮。

電池的充電溫度為 0℃ ~ 40℃內,放電溫度為 -15℃ ~ 50℃內,超過此溫度範圍將可能導致電池損壞或變形。

 

 
鉛酸電池正確放置圖

 

電池的充電方式
影響電池循環壽命之因素有充電模式、電池溫度、充電頻率及放電深度等,而其中尤以適當的充電模式對電池的壽命影響很大。然而鉛酸電池的充電方式主要如下:

1. 定電流充電
充電時間和充電量很容易計算,但需要一個昂貴的電路來進行精確計算定電流。如下圖所示:

 
定電流充電特性
 

 

2. 定電壓充電
此方式利用與電池不同的電壓來對電池充電。充電電流最初很大,逐漸減小至它充電結束。它需要根據蓄電池充電和溫度特性來設置充電電壓。電壓不準確將導致過充電或充電不飽和。

                                                       定電壓充電特性

3. 定電壓/定電流充電
組合定電壓充電與定電流充電的充電方式是目前最廣泛的充電方式。

鉛酸電池的使用主要分為兩種類型,浮充使用與循環使用。各有不同的充電限制:

1. 浮充使用
a.
浮充使用的充電目的是補足自放電的損失,一般均採用定電壓充電。
b.
為了不使格子體腐蝕,以維持電池長久之待機使用壽命,浮動充電時定電壓充電值均選擇於略高於開路
  電壓,目的在於使充電電流盡量減小。此種充電模式可對電池長年累月持續充電。
c.
充電電壓隨著溫度之上升而下降,隨著溫度之下降而上升。故浮充電壓值亦需隨溫度而變動。浮動充電
  電壓於25℃時為,其變動係數為 –3.3mV/℃/cell,如下表所列:

充電方式

充電電壓(V/cell)

最大放電電流(A)

溫度

設定值

容許範圍

浮充使用

25℃

2.275

2.25-2.30

0.3℃

2. 循環使用
a.
循環使用充電的運作方式為當電池放電時,是與負載連接,當放電達一定程度後,切離負載而接於充電
  器實施充電。
b.
密閉式鉛酸電池循環充電時不宜超過氣化電壓(2.4~2.5V/cell)。此氣化電壓亦隨溫度上升而下降,其變動
  係數為 –5.0mV/℃/cell,或如下表所列:

充電方式

充電電壓(V/cell)

最大放電電流(A)

溫度

設定值

容許範圍

循環使用

25℃

2.45

2.40-2.50

0.3℃

 

  一般密閉式鉛酸電池均採用定電流/定電壓充電模式,如下圖: 

 
定電流/定電壓充電曲線

 

定電流/定電壓充電法又稱二階段充電法,這種 方法結合了定電流與定電壓個別的優點分別對充電初期與後期實施不同的充電法,充電曲線如圖8所示。一開始充電採用定電流模式(0.1-0.3C),因為電 池在電量較少時對電流的接受度比較高,直到電池端電壓達到設定之電壓時,再以定電壓充電(2.4-2.5V),此時充電電流會隨時間增加而遞減,直到充電 電流很小時表示蓄電池已近充飽。

 

電池的放電保護
鉛酸電池放電截止電壓隨放電率增加而降低,當深度放電至低於1.60V/cell,或長期處於放電狀態,均對電池造成嚴重傷害。故電池放電之後需立刻回充電。其建議值如下表(針對12V電池)

放電率

放電截止電壓

20HR

10.8V

10HR

10.8V

5HR

10.5V

4HR

10.2V

3HR

10.2V

1HR

9.6V

1~3CA

9.6V

 

均等充電
循環使用的電池經過2040次充放電循環後,建議作一次均等充電,且在均等充電前,先讓電池以小電流作深度放電,如此可以活化極板,使電池容量提升。

均等充電是先讓己放電之電池繼續以40小時率(C/40 Amp)定電流放電至1.75V/cell,休息1小時後,以適當的方式作均等充電至完全飽電。一般是以二階段定電流充電,第一階段以0.3CA充至 2.4V/cell,第二階段以20小時率(C/20 Amp)定電流充至最大電壓,且維持達三小時以上。

熱變形現象(Thermal runaway)
熱變形是發生在充電時使電池膨脹變形的異常現象。此現象發生的原因是因電池充電時熱量產生速率大於熱量散逸速率,造成電池溫度上升,並使氧氣循環反應速率 增加,使電池溫度更加上升,形成惡性循環,最終導致熱變形發生。為避免熱變形現象發生,需注意下列事項:
1.
避免電池失水──不可在高於氣化電壓(2.4V/cell)以上長期充電。
2.
串聯使用中如有不良電池(如短路、老化等)需立刻取走,避免造成其他電池過充電。
3.
氧氣循環反應多半在充電末期之定電壓充電階段,在此階段原來己漸漸減小的充電電流,反而會慢慢上
  升。因此,若充電器之截止條件是充電電流小於某設定值時,往往因該設定值過低無法達到,而使充電
  器持續充電造成熱變形現象發生。
4.
為了避免電池局部過熱,可加強散熱裝置或加裝溫度感測器來截止充電。