氢镍电池组均衡充电的一个新颖而实用的方法
氢镍电池组靠电压检测电流均衡会及其复杂,甚至可望不可及,其可靠性也会及其复杂。
而氢镍电池有一个其他电池不具备的特点,就是在充满电和接近充满电的时候,如果采用低于0.1C的电流充电,没有充满电的电池会继续充电,已经充满电的电池,会变成热量而散掉。这样,没有充满电的电池容量就上升了,充满电的发热消耗掉充入电量。采用这个方法,可以达到串连电池组的均衡。
欢迎网友,特别是氢镍电池制造商和做氢镍电池管理的网友进行试验交流心得。
如,电池经过多次循环寿命试验以后,容量会下降。这样,0.1C就不应该再按照标称值来
选。例如,电池容量的裕度按照标称值的0.7倍选,是否就应该按照标称值的0.07C来选择。
靠发热均衡,散热的设计就有要求。
低于0.1C充电,时间应该在允许范围以内。
我是在电动自行车氢镍电池充电器中试验过小电流充电恢复均衡的试验中获得成功以后公布的方法。网友也可以验证,对发现的问题尽可能交流,共同提高!
我在一些帖子上说,补水以后要静止12~24小时。事实上,这个静止对恢复容量很有好处,特别是对寿命有好处。否则浸润不均匀,对补水以后的容量恢复和修复硫化都不利。一些网友来信息说补水以后立即进行开口补水充电,修复率不高。我告诉他补水以后的静止以后,他照做了,修复率提高不少。
希望网友在补水以后,不要急于进行下道工序。但是,千万注意清洁,不要在静止的时候对电池内部有沾污,而形成自放电大的问题。
给蓄电池添加电解液或水时要注意以下几点:
电解液高过极板10至15毫米即可;有两条红线的蓄电池,电解液不得超过上红线。电解液太满会从蓄电池盖小孔中溢出。电解液导电,一旦流到蓄电池正、负两极之间,就会形成回路自放电。遇此情况就应将电解液擦掉,或用开水冲洗擦净。
加电解液时若有东西不慎掉入,千万不能用金属物去捞,应用木棒夹出杂质;如用铁丝或铜丝去捞,金属分子会在硫酸的腐蚀下进入蓄电池形成自放电,而损坏蓄电池。
蓄电池在充放电过程中,电解液中的水会因为电解和蒸发而逐渐减少,导致电解液面下降。如果不及时补充的话,有可能缩短蓄电池的使用寿命,应及时补充蒸馏水,切忌用饮用纯净水代替。因为纯净水中含有多种微量元素,对蓄电池会造成不良影响。
低温状态下铅酸蓄电池的工作状态及其对策(一)
在严寒的冬季,很多铅酸蓄电池的用户分别提出要求,希望了解铅酸蓄电池低温状态下的各种工作状态。本文摘录了徐曼珍的文章,供网友参考。本文就低温铅酸蓄电池的影响和对策提出看法。
一、低温状态下电池的工作状态
1、温度对铅酸蓄电池极化的影响
在铅酸蓄电池充放电过程,存在电化学极化和浓差极化,两种极化作用,参数用交换电流密度i0和工作电流id来表征。若i0小,则浓差极化作用大;又若i小,则电化学极化作用大。
正极交换电流密度i0约为3.2×10(-4)A/cm2,负极交换电流密度约为5×10(-6)A/cm2。所以电池工作电流密度i若小于交换电流密度i0,电池的电化学极化影响会增大,尤其严重的是负极板的电化学会更严重。倘若电池工作电流较大,达到id>i0,电池中浓差极化严重,则大电流充放电受浓差极化的影响。
试验表明,铅酸蓄电池工作温度降至0℃以下充电,在充电初始负极板会发生严重的浓差极化,使电池充电接受能力被限制。
2、温度对电池容量的影响
同容量系列电池,以相同的放电速率,在一定环境温度范围内放电时,使容量随温度升高而增加,随温度降低而减少,其原因有有以下几点:
a. 电池电动势与工作温度有关
电池电动势是环境温度t的函数,而电动势温度系数为正值。所以,在较高的工作温度下放电,可以获得较大的电量。
b. 低温对负极活性物质利用率的影响
通常,电池在低温状态下放电,负极活性物质利用率极低。如阀控密封蓄电池在-10℃环境温度下放电时,负极板容量仅达35%额定容量。
在低温工作条件下,负极板海绵铅极易变成小尺寸的晶粒,且小孔又易被冻结和堵塞,从而减少了活性物质利用率。假若海绵状状可能变成致密的硫酸铅层,使电池中止放电。这种现象成为钝化。
电池在放电过程,两级活性物质逐渐形成硫酸铅,这种硫酸铅随放电时间增加而逐步向电极深处扩展,从而活性物质中的微孔变窄,同时电极区至反映区距离增大,又使扩散速度变小。这样部分小孔被堵塞,被堵塞的小孔内部电解液很快变稀,所以在低温下这种小孔发生冻结。温度越低,小孔堵塞现象加剧,导致活性物质利用率降低。
c. 温度对正极活性物质利用率的影响
阀控式密封铅酸蓄电池在-10℃环境温度下放电,正极活性物质的容量可达75%,说明其活性物质的利用率高于负极板。依据试验得出,正极板温度系数的容量为负值,使其在低温下具有较高的电极电势,因而在低温下正极放电率大于负极。这样在负极生成致密层硫酸铅之前,正极的氧化铅转化为硫酸铅的过程便已结束。所以正极的低温下不生成细密小尺寸硫酸铅晶粒。换言职,即使在恶劣的条件下放电,也不发生“钝化”现象。
d. 高温对电池容量的影响
在环境温度10~45℃范围内,铅蓄电池容量随温度升高而增加,如阀控密封铅酸蓄电池在40℃下放电电量,比25℃下放电的电量大10%~15%。因为在较高温度条件下放电,电解液粘度降低,从而减小了浓差极化的影响。同时电池电动势也升高,在两者综合影响下,使电池发电量增加。
若环境温度40℃~45℃条件下放电,则电池容量明显减小。因为正极活性物质β氧化铅到达极限破坏温度,即结构遭到破坏,变为大孔的孔洞相分割的粒子集合体。这种物质若放电转变为硫酸铅,其颗粒间形成电气绝缘。所以电池容量反而减小。
e. 环境温度和电池容量的关系的计算式
依据我国标准,阀控式密封铅酸蓄电池放电时,若温度不是标准温度(25℃),则需将实测电量换算成标准的实际电量,Ce,即
Ce=Cr/[1+K(t-25)]
式中:C r——非标准温度下电池放电量;
t——放电的环境温度;
K——温度系数,10小时率容量试验时K=0.006/℃,3小时率容量试验时K=0.008/℃,2小时率容量试验时K=0.0085/℃,1小时率容量试验时K=0.01/℃。
例如:一个标称10AH的电池,以2小时率放电,在不同的环境温度条件下按照1式计算,电池容量如表1。
表1 在不同温度下电池的容量
温度(℃) -25 -20 -15 -10 -5 0 5
容量(Ah)5.756.186.67.037.457.888.3
10 15 20 25 30 35 40
8.739.159.581010.4310.8511.28
实测电池容量,在-10℃条件下接近于准确,在-10℃以下时,容量下降比表1的数值还要低。
3、温度对电池内阻的影响
在0℃~30℃环境温度下放电,电池的内阻随温度升高而降低,反之电池温度降低时,电池的内阻逐渐增大,电池内阻与温度呈直线变化关系。所以电池放电工作温度在0℃~30℃范围电解液的导电性好,同时电解液中氢离子和硫酸根离子向活性物质扩散速度也较高,不仅仅改善了浓差极化影响,又使电极反应速度提高,进一步改善了电化学极化的影响,所以蓄电池放电量增多。
当环境温度降至0℃以下,温度每降低10℃,内阻约增大15%左右,因为硫酸溶液粘度变大,所以增大了硫酸溶液比电阻,而加重了电极极化影响。蓄电池容量会明显减小。
4、温度对充放电的影响
反复进行放电和低压恒压充电时循环,初期由于电池存在热传导,所以温度并不高,若反复地进行充放电循环,电解液温度会十分高。
倘若在低温下充电,扩散电流密度明显减小,而交换电流密度减小不多,所以浓差极化加剧,则引起充电效率的降低。另一方面上次放电的硫酸铅在低温下的饱和度,又使电池充放电反应阻力增加,因而进一步降低了充电效率。
倘若电池在10℃以上的环境温度下充电,极化作用明显减小,硫酸铅溶解速率和溶解度都可提高,加之在较高温度下氧扩散速率也增大,在这些在综合因素影响下使电池充放电效率提高。
由于低温下的充电能力是与充电前电池状态有关。试验表明,如在-18℃下要获得最高的充电效率,要求上次放电做到:
(1)低温快速放电。
(2)放电到充电之间的开路存放温度越低越好。在这种条件下生成的硫酸铅颗粒最小,而且又来不及重新结晶长大,所以一旦被充电时,硫酸铅具有较大的溶解速率。
5,电池产生热失控
电池发高热和高内压才能够鼓肚子。
电池发热的原因,往往是电池的氧循环高。充电的大量析气,固然与充电器的气压高与恒压值高有关。另外,充电器恒压值高。电池就更加容易失水,电池失水以后,隔板的空隙率大,有利于电池的氧循环究更加容易氧循环,发热形成热失控的概率就大大增加。
简单的把恒压值做低,又容易产生欠充电,特别是冬季会产生严重的欠充电,导致电池容量下降比较快。所以,降低恒压值也未必好。不降低恒压值夏季就很容易出现电池热失控。现在电动车充电器往往会就高不就低的,所以夏季热失控相当严重。
为了避免热失控,采取过不少措施。
1、降低恒压值,会出现冬季欠充电的。网友有一个比较好的方法,就是在充电器的输出串联二极管,降低0.7V~1.4V,到冬季再去掉这个二极管。对没有电子技术知识的不可取。自动化的方法是对恒压值进行温度补偿,自动调节恒压值。
2、提前给电池补水,减少氧循环的通道,也缓解了电池的发热。
3、凡是电池在充电的时候出现热失控的,都有一个特征的就是恒压状态下电流反生,如果设计了一个逻辑,电流下降了不反升也可以避免电池出现热失控。
4、电池出现严重的热失控,还需要热积累。于是加充电的定时器。但是,就是加了定时器的,对已经充满电的电池继续充电或者对放电不多的电池继续充电还会发生热失控。
在36121充电器中设置了数字式恒压值温控,夏季会随着温度升高,依据环境温度自动降低恒压值,同时还具备了充电电流不反升的逻辑功能。就目前的用户调查看,没有一例发生热失控的。我拿了已经出现热失控前兆的电池,就是发现电池发热,恒压期间充电电流反升的电池,放倒26121充电器上。多次做深循环,电池会自动的脱离热失控的。恢复到普通三段式的充电器中,几个循环就又出现热失控前兆,继续做下去,电池照样热失控而鼓肚子报废。
6,过充电修复
过充电和过放电在铅酸蓄电池制造的过程中是经常使用的。
我们知道,铅酸蓄电池在制造期间,正极板阿尔法氧化铅和贝塔氧化铅是均匀混合的,而不是类似于树枝和树叶的状态。
因此,一些处于表面的阿尔法氧化铅参与放电生成贝塔氧化铅是必要的。这样,形成以阿尔法氧化铅为树干,贝塔氧化铅形成树叶的状态,可以形成电池的容量上升。
这也就是国际标准和国内标准规定的电池容量测试允许3次充放电,而新电池每次充放电都表现为容量的提升。其实质就是电池正极板表面的阿尔法氧化铅转变为贝塔氧化铅导致电池容量上升的过程。
这样,电池的化成过程和电池的初充电过程,需要过充电和过放电,来形成正极板阿尔法氧化铅和贝塔氧化铅的树枝树干形状的排列。