? ? ? ?充電效率是指電池在充電時(shí)用于活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化的電能與充電時(shí)所消耗的總電能之比，以百分?jǐn)?shù)表示。充電電流的大小、充電方法、充電時(shí)的溫度直接影響到充電效率。充電效率高表示電池接受充電的能力強(qiáng)，一般說(shuō)來(lái),充電初期充電效率較高,接近100% ,充電后期由于電極極化增加,充電效率較低,伴隨在電極上有大量的氣體析出。

? ? ? ?充電過(guò)程中,另-重要指標(biāo)即電池的耐過(guò)充能力。一種性能優(yōu)異的二次電源應(yīng)具有良好的耐過(guò)充性能,即使電池處于極端充電條件的情況下,也能擁有較為優(yōu)良的使用性能。對(duì)于MH-Ni電池,往往有下列要求:在1C充電率下,電池充電90min應(yīng)無(wú)泄漏,充電6h內(nèi)不發(fā)生爆裂。

? ? ? ?充電過(guò)程的終點(diǎn)控制是一個(gè)非常實(shí)際的問(wèn)題,無(wú)論從電池的檢測(cè), 還是充電器的開(kāi)發(fā)都必須考慮這一問(wèn)題,適當(dāng)?shù)某潆娍刂茖?duì)優(yōu)化電池性能、保護(hù)電池安全可靠是十分必要的。以MH -Ni電池為例,最常見(jiàn)的充電終點(diǎn)控制方法如下。

? ? ? ?①時(shí)間控制。充電過(guò)程由事先確定的時(shí)間來(lái)控制。這種方式一般 只用于小電流充電或作為其他控制技術(shù)的輔助手段。

? ? ? ?②-OU控制。使用-AU控制時(shí),充電電壓應(yīng)始終處于監(jiān)測(cè)之下,直至檢測(cè)到一個(gè)預(yù)定的電壓降時(shí)才終止充電。當(dāng)然,采用這樣一種控制方式需注意的一個(gè)問(wèn)題就是,在小電流情況下(低于0.3C ) ,尤其是溫度較高時(shí), -OU可能并不明顯,從而導(dǎo)致終點(diǎn)難以出現(xiàn)。另外,當(dāng)電池長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后, -AU可能會(huì)提前出現(xiàn),而導(dǎo)致充電不足。

? ? ? ?③溫度控制。在充電過(guò)程中,當(dāng)電池溫度到達(dá)指定值時(shí),充電過(guò)程即被終止。這種方式通常與其他終點(diǎn)控制方式-起使用。影響電池溫度的因素很多,如環(huán)境溫度、電池結(jié)構(gòu)、充電倍率、氣流等。

? ? ? ?因此事先很難確定終點(diǎn)溫度。-般在1C充電率下以60°C作為MH-Ni電池的充電終點(diǎn)。

? ? ? ?充電的終點(diǎn)判斷還有很多其他方法,如零OU、溫度上升速率(dT/dt )等,比較理想的充電條件是根據(jù)具體使用或測(cè)試條件選用其中的幾種綜合使用，以使電池既能充足電,又不會(huì)損壞電池。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中,通常采用的方式有時(shí)間控制、-0U控制。如AA型MH-Ni電池1C充電率的條件可設(shè)定為: I=1200mA , t=75min, -OU= 10mV.圖2-2是該條件下MH-Ni電池的充電曲線。

? ? ? ?研究發(fā)現(xiàn)，電池充電過(guò)程對(duì)電池壽命影響最大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō),絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是”充壞”的。由此可見(jiàn)，一個(gè)好的充電器對(duì)蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。

? ? ? ?②濃度極化。電流流過(guò)蓄電池時(shí),為維持正常的反應(yīng),最理想的情況是電極表面的反應(yīng)物能及時(shí)得到補(bǔ)充，生成物能及時(shí)離去。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度,從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說(shuō)，從電極表面到中部溶液,電解液濃度分布不均勻。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。? ? ? ?③電化學(xué)極化。這種極化是由于電極.上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的速度,落后于電極上電子運(yùn)動(dòng)的速度造成的。例如:電池的負(fù)極放電前,電極表面帶有負(fù)電荷,其附近溶液帶有正電荷,兩者處于平衡狀態(tài)。放電時(shí),立即有電子釋放給外電路。電極表面負(fù)電荷減少,而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢Me- -e- →Me+ ,不能及時(shí)補(bǔ)充電極表面電子的減少,電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負(fù)電荷減少的狀態(tài)促進(jìn)金屬中電子離開(kāi)電極, 金屬離子Me+轉(zhuǎn)入溶液,加速M(fèi)e- -e- +Me +反應(yīng)進(jìn)行?？傆幸粋€(gè)時(shí)刻,達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。但與放電前相比,電極表面所帶負(fù)電荷數(shù)目減少了,與此對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)變正。也就是電化學(xué)極化電壓變高,從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。同理,電池正極放電時(shí),電極表面所帶正電荷數(shù)目減少,電極電勢(shì)變負(fù)。

? ? ? ?這3種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重。

? ? ? ?(2)充電方法

? ? ? ?①常規(guī)充電法。

? ? ? ?C.恒壓充電法。充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高,電流逐漸減少。與恒流充電法相比,其充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電，如圖2-6所示。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低,充電電流很大,隨著充電的進(jìn)行,電流將逐漸減少,因此,只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。

? ? ? ?這種充電方法電解水很少,避免了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大,對(duì)蓄電池壽命造成很大影響,且容易使蓄電池極板彎曲,造成電池報(bào)鑒于這種缺點(diǎn),恒壓充電很少使用,只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。例如,汽車運(yùn)行過(guò)程中,蓄電池就是以恒壓充電法充電的。? ? ? ?②快速充電法。為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度,縮短蓄電池達(dá)到滿充狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí),保證蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡量地少或輕,提高蓄電池使用效率?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。

? ? ? ?下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。

? ? ? ?這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的,目的就是使其充電曲線盡可能地逼近最佳充電曲線。

? ? ? ?a.脈沖式充電法。這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率,而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制廢。這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。

? ? ? ?c.變電流間歇充電法。這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ).上,如圖2-9所示。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法,保證加大充電電流,獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段,獲得過(guò)充電量,將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。通過(guò)間歇停充,使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉,使?jié)舛葮O化和歐姆極化自然而然地得到消除,從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓,使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行,使蓄電池可以吸收更多的電量。

? ? ? ?e.變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法。綜合脈沖充電法、ReflexTM快速充電法、 變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn),變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種:

? ? ? ?脈沖電流的幅值可變,而PWM (驅(qū)動(dòng)充放電開(kāi)關(guān)管)信號(hào)的頻率是固定的;

? ? ? ?脈沖電流幅值固定不變，PWM信號(hào)的頻率可調(diào)。

? ? ? ?圖2-11采用了一種不同于這兩者的控制模式,脈沖電流幅值和PWM信號(hào)的頻率均固定, PWM占空比可調(diào),在此基礎(chǔ).上加入間歇停充階段,能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量,提高蓄電池的充電接受能力。