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1、蓄电池初始充电电流与充电接受率的研究来源：机房360作者：小柯整理更新时间：2010/4/1920:33:33摘要：充电接受率是蓄电池不可忽视的重要性能,充电接受率的提高是快速充电的关键。本文研究了蓄电池在恒流-恒压充电模式中,不同充电接受率下电流衰减指数的变化,以及初始电流和初始电解液密度对电流衰减指数的影响,推论出在此充电模式下,电流衰减指数的大小表征了充电接受能力的高低,电流衰减指数大表明充电接受率高;电流衰减指数小表明充电接受率低。当初始充电电流与初始电解液密度之间保持“最佳配比关系”时,可获得最大电流衰减指数,即达到单体电池最大充电接受率。窗体顶端
2、窗体底端 1前言 充电是可充电电池补充能量的唯一手段,同样的电池在不同的充电条件下会表现出很大的性能差异。不恰当的充电方式很容易造成电池性能大幅下降[1],例如,在充电过程中产生的析气、发热都会导致活性物质脱落,使电池容量下降、寿命缩短。在电池的充电过程中,电流可分为两部分,一部分是有效部分,另一部分是无效部分。在无效部分为极小值时,即达到马斯理论的理想状态,由此得到的电流曲线即为马斯理想充电曲线,此时电流满足以下公式: i(t)=Ioe-at(1) 公式中:Io为最大初始电流; α为电流衰减指数,又称为充电接受率[2]。 充
3、电接受率是蓄电池的关键性能,对快速充电起着决定性的作用。若按马斯理想充电曲线进行充电,则充电时间t与α成反比,即α越大,充电时间越短;反之,α越小,充电时间越长[3]。因此充电接受率的研究对提高电池寿命、改善电池性能、解决电池容量逐次减少等问题起着重要作用。 目前,国内外电池制造厂商对充电接受率已进行了大量的研究,普遍的研究着重于蓄电池制造工艺的改进[4-5],但在改善电池管理手段、提高成品电池充电接受率方面的研究不多,而单体电池的充电接受率将影响整体电池组的工作特性和效率,因此对单体电池充电接受率的研究有十分重要的意义。 本文以单体蓄电池为研究
4、对象,采用“恒流—恒压”充电和恒流放电模式对成品电池充电接受率与电流衰减指数进行深入研究,并探讨电流衰减指数对充电接受率的表征作用,以及初始充电电流和初始电解液密度对电流衰减指数的影响,从而获得最大电流衰减指数,提高充电接受能力。 2工作模式 本文以BX7B-3A7Ah/12V电池为研究对象,采用两阶段(恒流一恒压)充电模式(图1)。当电池电压达到电源电压的限值(设置为2.5V)后,即转化为恒压充电。从恒压充电开始电源的输出电压保持恒定,而充电电流开始衰减。充电初始电流限制在0.2C10—0.4C10区间,恒流时间To在10min~120min左
5、右。电流衰减到0.05C10(一般的浮充电流)的时间tmid在150min~220min范围内。在充电过程中析气量很小,温度为25℃±2℃。这种充电模式十分接近“分段恒流充电”[6]。在实验中电源型号为GCA6-36V/30A,且放电电流为恒流放电(0.257C10),放电的终止电压为1.75V。所有短时充电试验都间隔3次满充电,以保证电池性能不受前次不良充/放电的影响。 3充电接受率与电流衰减指数的关系 由于在实践工作中很难保证“马斯理想充电”状态,公认与其最为接近的充电方式为“叵流一恒压”分段式充电方式。在保证小出气量条件下,使恒流时间co尽
6、量接近零时,基本达到“马斯最佳充电”状态。此时的电流衰减指数最为接近马斯理论中的充电接受率α。 根据马斯理论推导出如下公式[3]: (2) 其中α为任意时刻的电流衰减指数;i为任意时刻充电电流;为待充入容量。 在分段充电过程中,电流接受率α呈阶段性变化: (i)在充电的初始阶段,初始充电电流i受到充电设备、蓄电池工艺等因素影响,达不到理想的理论值,相比较之下Cr较大,i相对较小,因此。近似为零α从式(1)可推导出α为零,电流i(t)=Io,即为图1中曲线的水平段。 (ii)在to~tmid~d区间,待充入电量Cr,迅速减
7、小,而充电电流在电池电压快速上升的因素影响下快速衰减,使α维持恒定。此时的α与“最佳充电”曲线上的理论值最为接近。 (iii)在充电进入到大量析气阶段,用于充电的有效电流急剧减少,而待充人容量Cr,减少缓慢,因此α低于“最佳充电”曲线上的理想值。尤其在充电的后期,实际电流衰减指数比理想值要小得多。 由于在如图1所示的恒流—恒压充电模式中,to~tmid区间电流衰减指数最为接近“理想充电”状态中的充电接受率,因此将电流急剧衰减段的。称为电流衰减指数。在以下的推理过程中借助充电效率η%(充电效率等于电池放电时提供的电量与在规定条件下恢复到放电前初始荷
8、电状态时充入的电量之比)表征充电质量,因为充电效率可
