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。鉛酸電池放電狀態下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V，能放電到1.5V，能充電到2.4V；在應用中，經常用6個單格鉛酸電池串聯起來組成標稱是12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等。

鉛酸電池的充電原理

鉛蓄電池內的陽極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，兩極間會產生2V的電力，這是根據鉛蓄電池原理，經由充放電，則陰陽極及電解液即會發生如下的變化：

（陽極） （電解液） （陰極）

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---》 PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放電反應）

（過氧化鉛） （硫酸） （海綿狀鉛）

PbO2 中Pb的化合價降低，被還原，負電荷流動；海綿狀鉛中Pb的化合價升高，正電荷流動。

（陽極） （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）

第一個硫酸鉛中鉛的化合價升高，被氧化，正電荷流入正極；第二個硫酸鉛中鉛的化合價降低，被還原，負電荷流入負極。

1. 放電中的化學變化

蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質產生反應，生成新化合物『硫酸鉛』。經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. 充電中的化學變化

由于充電時在陽極板，陰極板上所產生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸，鉛及過氧化鉛，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已還原到可以再度供電的狀態，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質時，即等于充電結束，而陰極板就產生氫，陽極板則產生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。

放電后的蓄電池必須通過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行初充電。

蓄電池在正常使用過程中為了保持一定容量，延長其使用壽命，還要進行一些必要的補充充電、均衡充電等維護性充電作業。

因此，充電作業是保證蓄電池在整個使用過程中技術性能良好、延長其使用壽命的一個重要環節。

根據充電目的的不同，蓄電池的充電作業可分為初充電、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：充電電流小、充電時間長，電化學反應充分。

2．補充充電

蓄電池在車輛上使用時，常有充電不足的現象，尤其是短途運輸車輛，應根據需要進行補充充電。

一般每月一次，如有下列現象發生，必須隨時進行補充充電：

1）電解液相對密度下降到1.15以下；

2）冬季放電超過25％，夏季放電超過50％；

3）燈光暗淡、起動機運轉無力，表明電力不足時。

另外，蓄電池放置時間超過一個月時，也應進行補充充電；在大量補充蒸餾水后也應進行補充充電。

3．循環鍛煉充電

蓄電池在使用中常處于部分放電的情況，參加化學反應的活性物質有限，為迫使相當于額定容量的活性物質都能參加工作，以避免活性物質長期不工作而收縮，可每隔3個月進行一次循環鍛煉充電。

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，可進行“去硫充電”。

5．均衡充電

蓄電池在使用過程中，由于制造、使用等因素，會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，近年來快速充電（脈沖充電）也逐步推廣。

（1）定流充電

在充電過程中，充電電流保持一定的充電方法，稱為定流充電，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。

但它的缺點是充電時間長，并且需要經常調節充電電流。

（2）定壓充電

充電過程中，電源電壓U始終保持不變的充電方法稱為定壓充電，如圖所示。

采用定壓充電時，要選擇好充電電壓：若電壓過高，不但充電初期充電電流過大，且會發生過充電現象，以致引起極板彎曲、活性物質大量脫落，蓄電池溫升過高；若充電電壓過低，則會使蓄電池不能充電。

定壓充電還要求被充電的蓄電池必須并聯在充電電源之間，由于在汽車上蓄電池是和發電機并聯的，所以蓄電池始終是在發電機的恒定電壓（通過調節器調整）下進行充電的。

上述的充電方法統稱為“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。由于充電的時間太長，給使用帶來很大不便。

（3）脈沖快速充電

脈沖快速充電，可極大地克服充電過程中所產生的極化現象，有效地提高充電效率。

其充電電流波形如圖所示：

脈沖快速充電的優點是：

① 充電時間大為縮短，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，充電時化學反應充分，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，又給使用帶來了方便。

③具有顯著的去硫化作用。由于脈沖快速充電具有上述優點，因此在電池集中、充電頻繁或應急使用部門，其優點更為突出。但脈沖充電機控制電路復雜，價格高于普通充電機，使用中還不夠理想，有待進一步改進。

④充電時蓄電池正負極性的識別

充電時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，可用下述方法進行識別：

①觀察極柱的顏色，使用過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利用電解液進行識別，將蓄電池的兩極接上導線，分別插入電解液中（不要使兩導線相碰），導線周圍產生氣泡多的為負極。

常規充電方式

鉛酸蓄電池的常規充電方式有兩種：浮充（又稱恒壓充電）和循環充電。

浮充時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。浮充電壓過低，蓄電池會充不滿，過高則會造成過量充電。電壓的調定，應以初期充電電流不超過0.3C（C為蓄電池的額定容量）為原則。

循環充電，其初期充電電流也不宜超過0.3C，充電的安培小時數要略大于放電安培小時數。也可先以0.1C的充電速率恒流充電數小時，當充電安培小時數達到放電安培小時數的90％時，再改用浮充電壓充電，直至充滿。

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一些不足之處。在充電過程中，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際狀態，充電電壓總是恒定的，充電電流剛開始比較大，然后按指數規律下降；采用快速充電可能使蓄電池過量充電，易導致電池損壞。對于循環充電而言，采用較小電流充電，充電效果較好。但對于大容量的蓄電池，充電時間就會拖得很長，時效低，造成諸多不便。