1.任务描述

给亏电的蓄电池充电。

2.教学目标

（1）能力目标

1）能看懂并学会利用最佳充电曲线。

2）能分析蓄电池产生硫化现象的原因。

3）能使用蓄电池的常规充电方法对蓄电池进行充电。

4）会分析蓄电池亏电原因。

5）会使用补充充电方法充电。

6）能避免和处理充电时发生的安全事故知识。

（2）知识目标

1）掌握最佳充电曲线。

2）了解蓄电池产生硫化的原因。

3）熟悉蓄电池常规充电方法。

4）了解蓄电池亏电的危害。

5）掌握补充充电方法及要求。

6）熟悉充电时的安全注意事项。

3.相关知识

（1）蓄电池充电原理

科学家对蓄电池的充电过程做了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图1-10所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线。

由图1-10可以看出，初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式免维护蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），使电池内部压力加大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极化现象。

图1-10 最佳充电曲线

很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程，为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是，实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值才行，而这个数值又因为电极材料、溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。

一般来说，产生极化现象有3个方面的原因。

1）欧姆极化

充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。

2）浓度极化

电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓度分布不均匀，这种现象称为浓度极化。

3）电化学极化

这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶液的氧化反应进行缓慢Me-e（即Me失去一个电子成为Me⁺），不能及时补充电极表面减少的电子，电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中的电子离开电极，金属离子Me⁺转入溶液，加速Me-e与Me⁺反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目减少了，与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高，从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。

这三种极化现象都是随着充电电流的增大而变得严重。

（2）蓄电池常规充电方法介绍

常规充电制度是依据国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”，即充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必需的最短时间具有重要意义。一般来说，常规充电有以下三种。

1）恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图1-11所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。

2）阶段充电法

此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。

（a）二阶段法采用恒流和恒压相结合的充电方法，如图1-12所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒压。

图1-11 恒流充电曲线

图1-12 二阶段法曲线

（b）三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒流充电，中间用恒压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。

3）恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图1-13所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。

这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。(www.daowen.com)

鉴于这种缺点，单纯的恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。而在使用充电机对蓄电池进行恒压充电时宜采用改进的恒压充电法即采用限制最大电流的方法，使电流上限不超过蓄电池容量的0.25来防止对电池造成损害。

（3）蓄电池亏电原因及危害

蓄电池在正常使用的情况下，正、负极板上的活性物质（PbO₂和Pb）大部分转变为小粒晶状的硫酸铅，这些松软小粒晶状的硫酸铅是均匀地分布在多孔性的活性物质上，在充电时很容易和电解液接触起作用恢复为原来的物质PbO₂和Pb。

图1-13 恒压充电法曲线

如果由于使用维护不当，小粒晶状的硫酸铅不能及时有效地转化为活性物质，就会逐渐形成结晶粒粗大的硫酸铅，形成极板硫化现象。硫化现象是指在极板上生成白色坚硬的硫酸铅结晶，充电时又非常难于转化为活性物质的硫酸铅，这些粗而硬的硫酸铅晶体体积大，导电性差，因而会堵塞极板活性物质的细孔，阻碍了电解液的渗透和扩散作用，增加了电池的内电阻，同时，在充电时，这种粗而硬的硫酸铅不如软小晶粒的硫酸铅容易转化为PbO₂、和Pb。若历时过久，这些粗而硬的硫酸铅就会失去可逆作用，结果使极板的有效物质减少、放电容量降低、使用寿命大大缩短。

蓄电池亏电其实就是指电极上的硫酸铅未能完全转化为活性物质，若较长时间处于亏电状态，蓄电池就会出现硫化现象。

铅酸蓄电池极板硫酸化后主要有以下几种现象：

1）铅蓄电池在充电过程中电压上升得很快，其初期和终期电压过高，终期充电电压可达2.90V/单格左右。

2）在放电过程中，电压降低得很快，即过早地降至终止电压，所以其容量比其他电池显著降低。

3）充电时，电解液温度上升得快，易超过45℃。

4）充电时，电解液密度低于正常值，且充电时过早地发生气泡。

5）电池解剖时可发现极板的颜色和状态不正常。正极板呈浅褐色（正常为深褐色），极板表面有白色硫酸铅斑点，负极板呈灰白色（正常为灰色）极板表面粗糙，触摸时如同有砂粒的感觉，并且极板发硬。

6）严重的硫酸盐化，极板形成的硫酸铅白色结晶体粗大，在一般情况下不能复原成活性物质。

（4）充电方法及要求

1）充电方法介绍

根据充电机输出模式以及蓄电池的亏电程度，在以下三种充电方法中选择适宜的充电方法：

①恒压充电

以恒压16V，6-QW-68蓄电池限流17A；6-QW-90蓄电池限流22A，充电4～12h。充电时间视蓄电池亏电程度而定。此充电方法适用于轻微亏电的蓄电池。

②分阶段恒流充电

第1阶段：

6-QW-68蓄电池以恒流7A充电至电压升至14.4V后转入下一阶段。

6-QW-90蓄电池以恒流9A充电至电压升至14.4V后转入下一阶段。

第2阶段：

6-QW-68蓄电池以恒流3.5A充电6～20h。

6-QW-90蓄电池以恒流4.5A充电6～20h。

实际充电时间视蓄电池亏电程度而定。此充电方法适用于中度亏电的蓄电池。

③恒流小电流充电

6-QW-68蓄电池以恒流3A充电20～40h。

6-QW-90蓄电池以恒流4A充电20～40h。

实际充电时间视蓄电池亏电程度而定。此充电方法适用于严重亏电的蓄电池。

2）充电过程注意事项

充电过程中，电池温度应小于50℃，当电池温度达到45℃时应将充电电流减半并相应延长充电时间或停机待电池温度下降后再恢复充电。

3）充电结束的判断

1）电池电压高于16V且稳定3h不变化。

2）电池容量显示器（电眼）呈现绿色不变化。

3）必要时，旋开电眼，用密度计测量电解液密度达到1.28g/cm³以上且稳定不变化。

如上述3点同时达到即表明蓄电池已完成充电，可停止充电让蓄电池恢复正常使用。

（5）安全注意事项

蓄电池充电时会产生爆炸气体（氢气和氧气）。因此不按照规范操作时会产生危险。禁止火花、火焰和明火。进行蓄电池方面工作时必须注意，不得用导电物体例如扳手等将蓄电池电极搭接在一起，否则会造成蓄电池短路，其后果是有蓄电池爆炸和电解液流出的危险。遵守安装和拆卸规定，遵守工作指导。

4.实训操作

用充电机给亏电的蓄电池充电：

充电机正极连接蓄电池正极，充电机负极连接蓄电池负极。确认蓄电池端柱清洁、充电回路连接良好。建议用恒压16V（最大不能超过16.2V）限流25A充电机对蓄电池充电至电眼发绿。电池电眼发绿说明已充足电。没有条件用恒压方式充电，可以按下列规范恒流充电。

充电结束后，检查蓄电池电眼颜色。电眼显示为绿色，说明蓄电池已充足电。如果电眼为黑色检查充电连线是否接牢，连接点是否清洁充电电压是否达到16V，并继续补充电。

若发现电眼发白，有可能是电眼中有气泡，可轻微摇晃电池将气泡赶走。若摇晃后仍然发白，应更换该蓄电池。

对于蓄电池电压低于11V的蓄电池，补充电初期可能会出现蓄电池充不进电现象。因为严重亏电蓄电池，蓄电池内硫酸比重已接近纯水，蓄电池内阻很大，随着蓄电池充电的进行，蓄电池内硫酸比重上升，蓄电池的充电电流可以逐步恢复正常。充电过程中，如果发生蓄电池排气孔喷酸，应立即停止充电。充电过程中，蓄电池温度超过45℃时，停止充电，直到电池温度降到室温后，将充电电流减半，继续充电。蓄电池补充电过程中，每小时检查一次电眼状态。蓄电池电眼显示绿色，说明蓄电池已充足电，停止充电。