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常用的電池充電方式4
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電池老化原因探討 (1)       深度放電:放電深度越深,會減少電池的壽命,甚至損壞無法使用。為了電池安全角度考量下,不得不做容量測試。(2)       大電流放電:使用較大的放電電流,會縮短電池的使用壽命。這可以用電極鉛板的腐蝕和截面積來加以解釋,一般而言,鉛酸電池的自然損壞是由於正電極鉛板的腐蝕,而使電流流動的截面積變小,所以在大電流放電時,需要更大的鉛板面積來提供如此大的電流流動,但當鉛板的截面積已不足夠讓放電電流流過時,便會影響電池的壽命。為了使用安全角度考量下,不得不做大電流放電測試。(3)       大電流充電:使用大電流充電,產生的氣體超過一定量時,會超過電池本身能吸收的速率,使內壓上升,氣體從安全閥排出,導致電解液被大量消耗,而減少電池的壽命。在定電壓充電模式下,充電電流會隨著電池充飽的程度而降低,當電池池充飽後,充電器自動進入浮充(Float charging)模式,讓電池保持在充飽的狀態。此法在充電初期時,因電池端的電壓較低,造成初始充電電流過大,因而容易使電池的極板損壞及蓄電池本身溫度升高,以致縮短蓄電池的壽命過度充電:若電池已經過度充電時,其各組成要件(極板、隔離板等)都將因電解液之氧化作用而受損。(4)       環境溫度之影響:電池的環境溫度會對其壽命造成影響。若以定電壓充電,周遭溫度過高時會加速電池內部材料的惡化,導致電池壽命縮短。太低溫充電會有氫氣產生,使內部壓力增大或電解液減少,導致壽命縮短。一般而言,富液式電池的工作溫度在20℃到40℃為最佳環境。貧液式電池(含AGM或GEL)的工作溫度在20℃到25℃為最佳環境。 電池劣化(1)       鉛酸電池不管進行充放電或浮充時,都會造成正極板水分減少之乾涸,或負極板之硫酸化。(2)       正極板劣化的原因,可分為活性物質的軟化、格子之腐蝕,以及格子與活性物質介面之阻礙(Barrier)等三種。正極活性物質經由充放電,反覆二氧化鉛之溶解與硫酸鉛之析出,而凝聚成較大之空洞,且發展成精緻之膠質狀(Colloidal)組織。此一過程電流以低電阻流通至活性物質之表面,同時從可確保硫酸擴散的通路來看,是一理想的構造,但是若形成此一膠質構造之活性物質微粒結合,逐漸變弱的同時,活性物質變成非活性化而降低放電容量。(3)       鉛酸電池的電化學反應式如下圖:因在整個鉛酸電池的充、放電過程中的化學反應式中,都會消耗到鉛酸電池中電解液的水份,因密閉反應效率並不很充分,過多的氣體,會直接經由排氣栓排出電池外,使電解液中水分逐漸減少。另外,當電池放電時,或電池溫度較外界溫度為高時,亦可能發生水蒸氣滲透電解槽壁面,而逃逸至電池外面。(4)       負極板之硫酸化,當鉛酸電池未能加以完全充電,平常又在部份性放電狀態下使用時,最容易產生。特別在下層因高比重,經由電解液之成層化,將發生極板之硫酸化,且在極板下層將生成不易充電之較大硫酸鉛結晶,導致容量下降。 電池劣化常用的三種判斷(1)       離群電壓:當電池使用在串聯模式時,由於電池本身的特性不一致,導致電池在充放電的循環使用以後會產生更大的不一致性,造成有些電池過度充電而有些電池會充電不足的現象,因而加速電池的損壞。一般12V電池的浮充電壓是設定在13.5±0.2V,電壓過低時會造成電池效能衰退,容量降低。電壓過高時會造成極板過電壓急遽升高,造成氣體快速產生,此時若氣體重反應速率小於氣體產生速率, 造成氣體循環效率降低,電池內壓力升高,氣體經由排氣閥逸出,因此在浮充電壓必須控制在過電壓氣化點以下, 即控制氣體生成速率,以免造成電池結構因內壓過大而裂開或造成水份之散失,因而降低電池之使用壽命。(2)       浮充內阻:VRLA電池一般的失效模式是極板格子體腐蝕,極板活性物質劣化和電解液乾涸。不尋常的失效模式是導電路徑劣化和電解液過度乾涸。這些情況都會影響電池和增加電池的內阻。如果電池內阻比新的時候增加了30%,該電池便應該再作試驗以確定其原因,必要時可對該電池或系統進行容量試驗以保證其可靠性。(3)       電池容量:電池系統每兩年必須進行一次負載下的電池容量試驗,最理想的是和原始安裝時驗收的結果接近。一但發現電池達到額定容量之85﹪時必須進行每年的容量測試。 https://www.nface.com.tw/hot_307351.html 電池老化原因探討 2021-03-25 2022-03-25
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常用的電池充電方式

電池的充電方式會影響到電池的性能和壽命,當使用過大的充電電流時,電池的化學反應不及,使得電池內阻增加,造成電池溫度的急遽上升,使用不當則會傷及內部的材料;反之,若充電電流太小,則需較長的充電時間,使用上十分不方便。因此,欲發揮電池的較大效能,且不需要太長的時間對電池充電,則電池的充電方法就顯得十分重要。

電池的充電方法有定電壓(CV)充電法、定電流(CC)充電法、混合定電流/定電壓(CC/CV)充電法以及脈衝充電法(CP)等。一般市面上較常使用之充電方法大多為定電壓充電法與定電流充電法兩主種,主要原因在於充電器之電路結構簡單,設計亦較容易,但此兩種方法亦存在兩個主要的問題,定電壓充電法在充電初期電流較大,除了會造成蓄電池的溫度升高外,電池極板也容易損壞,而定電流充電法則是充電時過長。脈衝充電法由於充電過程中可提供充電休息時間,使電池電解液獲得緩合的時間,故可採用較大電流進行充電,以縮短蓄電池的充電時間,以下將分別介紹上述所提的充電法則。

(1)       定電壓充電法:如下圖所示,定電壓充電法的原理是利用定電壓源對電池進行充電,其優點為電路架構簡單及控制電路設計容易。在定電壓充電模式下,充電電流會隨著電池充飽的程度而降低,當電池池充飽後,充電器自動進入浮充(Float charging)模式,讓電池保持在充飽的狀態。此法在充電初期時,因電池端的電壓較低,造成初始充電電流過大,因而容易使電池的極板損壞及蓄電池本身溫度升高,以致縮短蓄電池的壽命。欲改善此缺點,可採用多段電壓充電法,亦即充電初期先以較低之充電電壓進行充電,待電池端的電壓上升後,在將充電電壓提昇。

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(2)       定電流充電法:如下圖所示,定電流充電法是以一固定電流對電池充電,此法與定電壓充電法相同的是,當電池充飽後,充電器須轉換為滴流充電模式以避免電池過充而損害。相較於定電壓充電法,此法可以在短時間內將電池充飽,但是必須注意電池的充電程度,因為充電器會一直提供定電流給電池進行充電,所以當電池充飽後,若不立即停止充電或切換至滴流充電模式,則會造成電池過度充電,使電池的極板損壞,減少電池的壽命。

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(3)       混合定電流/定電壓充電法:由上述得知,定電壓與定電流充電法各有其優缺點,為了改善此兩種方法的缺點,於是定電流/定電壓充電法被提出來,此充電方法可以明顯的減少充電時間,也因具有定電壓充電法織自我調節電流的功能,不會造成電池過充的情形。如下圖所示,充電初期採用定電流模式,由於電池在電量較少時對電流的接受較高,此時可將大部份釋放的能量快速的補回,當此模式一直進行到電池電壓到達設定電壓時,充電器會轉換為定電壓模式繼續充電,此時稱為均充模式,待電池充飽後,充電器會自動轉換為浮充模式,讓電池維持在充飽電的狀態。

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(4)       脈衝充電法:脈衝充電法是以週期性脈衝電流對電池充電,如下圖所示,此法因為有一段停止充電的時間,使得電池內之電解液可以利用這段時間獲得較均勻的擴散,因此充電的能量能充分的由化學能轉換成電能,故此充電效率較前述之方法為高。

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 由於密閉式的鉛酸電池僅添加剛好足夠的電解液,因此任何形式的電解液損失均會造成電池容量的下降,所以在充電過程中不宜用過高的電流對電池充電,以避免過高的電流使電解液的氣化速度超過氣體的吸收速度。所以在實驗設計時,對於充電電流與頻率都需要加以規範,以確保電池能適度充飽又不至於傷害到電池。

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