蓄电池全新的充电模式--自然平衡充电法

引言

发展中的民用电动交通产品，是未来蓄电池的最大市场。该市场能否获得快速平稳的发展，关键取决于电动交通产品的运行成本。其中围绕着蓄电池的几项技术指标，如蓄电池的单位储能指标，循环使用寿命，放电后的充电是否安全、方便，环境温度变化的适应能力等，又是影响运行成本的核心。以上任一个技术指标的突破，都将会使蓄电池在电动交通产品上的应用，向前迈出坚实的一步。

1 蓄电池与充电技术

对于铅酸、镉镍、镍氢3类以水为溶剂的电解液蓄电池，为了使用上的安全、方便、长寿命和免维护，在全世界化学电源工作者数代人不懈的努力下，终于从大量的实验中发现了"内部氧循环"的理论机制，使得该3类蓄电池所有的充放电反应，能在一个设计完好的带阀控的密封容器中反复安全进行。即蓄电池在充电和过充电期间，正电极析出的氧到达负电极后，能全部被负电极吸收还原，关系为i（O2析出）=i（O2还原），因而，蓄电池在长期的充放电过程中，不会造成电解液中水的损耗，以此来保证蓄电池的循环使用寿命与充电的安全。这一理论，在能够精确控制充电电流和其他充电副反应，同时使环境因素影响较小的情况下，显然是正确的。遗憾的是，这个正确的理论，只是来自化学电源的研究者，长期以来未被电路工作者真正理解和重视。由此造成蓄电池技术的发展领先于充电技术的发展，从而导致了今天我们在实际使用蓄电池时，经常出现电池未达到设计的使用寿命，就出现了性能下降甚至报废的现象，针对蓄电池使用中存在的问题，我们用了8年的时间，对传统的蓄电池恒流、恒压充电技术，以及由该技术发展延伸出来的分段恒流、限流恒压等充电技术，进行了深入的分析与实验，下面是我们对传统充电技术的认识。

恒流充电方式，顾名思义是指蓄电池放完电后，在充电恢复容量过程中，要求充电器根据电池的不同A?h数，以某一确定的输出电流对蓄电池进行充电，该电流从蓄电池的充电开始到充电结束，始终是恒定不变的。

恒压充电方式，顾名思义是指蓄电池放完电后，在充电恢复容量的过程中，要求充电器按不同种类的蓄电池，以某一确定的输出电压对蓄电池进行的充电，该电压从蓄电池的充电开始到充电结束，始终是恒定不变的。

以国内外使用最多也最为普遍，研究分析也最为深刻的铅酸蓄电池为例。请观察一幅在研究阀控式铅酸蓄电池技术方面，经常看到和用到的图1。这里我们要说明的是，这幅图是专家们抛开日常环境温度变化对蓄电池充电过程的影响，用经过改进的恒压限流方法对蓄电池充电所获得的。因是恒压限流充电方式，所以代表电流变化的I线，起始段有一小段是限流值。代表电压的V线起始段是一段很陡的上升线，更确切地讲由于充电器的限流作用应是电压的下跌线。

图1中，左边的纵轴线为蓄电池充电电压，横轴线为时间，I线代表蓄电池在充电过程中不同时刻受电能力的电流变化曲线，V线代表蓄电池充电过程中各时刻能接受的最高安全电压，也是设计充电器的恒压输出线，C线代表蓄电池充电过程中容量随时间的增加表现的恢复曲线。

从I曲线上可清楚看到，充电过程中蓄电池在不同时刻的电流接受能力。显然，在时间轴上，蓄电池电流接受曲线I是一条变化很大的非线性曲线，各个时刻蓄电池的电流接受能力是完全不同的，那么该曲线上哪一时刻的电流用作蓄电池恒流充电，能使蓄电池既安全，又能在人们可接受的有限时间上将蓄电池充满，包括恒流充电法改进后的有限次数的分段恒流法在内，无论怎么看，我们都觉得是难以实现的，更加困难的是，电池每次使用的放电深度是不一样的，环境温度都不一样，新旧程度也不一样，如果每次充电都用同样的电流和时间去充，造成的电池损害是不可逆转的。

再看恒压充电法，从V线上我们看到充电器的输出电压，始终是在充电器设计者认为蓄电池安全受电的最高允许电压上，低于这个电压，将无法使蓄电池充满，这个电压是否真的安全？有关资料明确告诉我们，充电过程中，单体蓄电池的充电电压比电池自身实时的电压高出100mV，通过蓄电池的充电电流比蓄电池的最大安全受电电流要增大10倍以上。而充电前蓄电池一般都是在放完电后，这时的蓄电池肯定是处在最低的电压上。如单体铅酸蓄电池，放电后一般为1.8～2.0V，而此时的充电电压如果是恒定在2.25～2.4V，可见充电器输出的电压和蓄电池电压的差已远远大于100mV。

这样的恒压充电，通过蓄电池的充电电流将是蓄电池最大安全电流的几十倍，如果充电器的输出功率与容量足够大的话，必定会造成蓄电池的损坏，如果充电器的容量不够，那就必定会造成充电