CN110311181A - 一种铅蓄电池低温充电工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池低温充电工艺，包括以下步骤：以额定电压12V计，(1)恒流0.25～0.3CA充电到14.4～14.5V；(2)恒流0.15～0.18CA充电到14.4～14.5V；(3)恒流0.2～0.25CA充电到14.5～14.6V；(4)恒流0.1～0.13CA充电到14.6～14.8V；(5)恒压14.8～15V，限流0.02～0.05CA，充电时间1.8～2.5h；(6)浮充充电阶段，限压13.7～13.8V，限流0.01‑0.015CA充电5～6h。本发明铅蓄电池低温充电工艺适用于在低温环境下对铅蓄电池进行充电，避免因充电不足造成的铅蓄电池循环使用寿命降低的现象。

Description

一种铅蓄电池低温充电工艺
技术领域
本发明涉及铅蓄电池技术领域，特别是涉及一种铅蓄电池低温充电工艺。
背景技术
电动汽车以其轻捷、方便、价格低廉等优势，在国内市场深受广大消费者的欢迎。铅蓄电池因性价比高、功率特性好，自放电小，价格便宜，近年来在电动汽车中得到了全面推广。尤其在北方市场销量大，客户满意度高。
目前市场上电动汽车用铅蓄电池使用的充电器参差不齐，而且未考虑到电池的实际使用情况及电池的特性，通用性较强。大多数充电器程序简单，未考虑到环境温度和地域的差异，尤其在东北地区，冬天环境温度可达到零下40℃左右，现有的充电器很难满足低温充电的要求，容易导致电池欠充电，长此以往会导致电池内部活性物质硫酸盐化，电池容量衰减快，最终导致电池使用寿命的缩短，现阶段此区域的电池使用半年左右就需要更换。
比如，公开号为CN102110863A的中国发明公开了一种适于避免低温下充电失水的蓄电池的测温充电方法，其包括：A：充电初期若蓄电池中的电解液的温度不低于25℃时，恒流充电；当蓄电池的电压到达该蓄电池的析气电压值时，先后进行恒压充电和浮充充电。B：充电初期当所述电解液的温度低于25℃时，先以小于0.1C的充电电流对该蓄电池充电一个或多个时段；其中，在以小于0.1C的充电电流对该蓄电池充电多个时段时，各时段的充电电流先后依次增大；直至所述电解液的温度不低于25℃时，采用0.1C的充电电流进行恒流充电，直至该蓄电池的电压到达该蓄电池的析气电压值时，先后进行恒压充电和浮充充电。
CN101986455A涉及一种电动车铅蓄电池快速充电方法。采用去极化脉冲充电结合并联充电的技术方案，初始充电时，用170A电流充电2min之后，前停歇25ms，接着用300A电流负脉冲放电50ms，后停歇25ms，然后再继续大电流充电，如此循环充电直至充到电压达到17V转入并联充电阶段。充电过程中随着电解液浓度的升高，端电压也不断升高且极化分布情况也随之变化，极化中的欧姆压降与充电电流之间满足欧姆定律，而浓差极化在接近析气时明显增大，必须予以及时消除才可继续快速充电。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种铅蓄电池低温充电工艺，适用于在环境温度较低时对铅蓄电池进行充电。
一种铅蓄电池低温充电工艺，包括以下步骤：
以额定电压12V计，
(1)恒流0.25～0.3CA充电到14.4～14.5V；
(2)恒流0.15～0.18CA充电到14.4～14.5V；
(3)恒流0.2～0.25CA充电到14.5～14.6V；
(4)恒流0.1～0.13CA充电到14.6～14.8V；
(5)恒压14.8～15V，限流0.02～0.05CA，充电时间1.8～2.5h；
(6)浮充充电阶段，限压13.7～13.8V，限流0.01-0.015CA，充电时间5～6h。
上述电压参数为以额定电压12V计算所得的结果，如果实际充电的电池电压不是12V，比如一般电池组包括4个12V的电池，则总共电压为48V，则充电过程中的电压值需要按比例放大，比如步骤(1)中，充电到14.4～14.5V，则对于48V的电池组来说，需要充电到57.6～58V
步骤(1)为大电流恒流充电，步骤(2)为中电流恒流充电，步骤(3)为大电流恒流充电，这三步恒流充电的电流均较大，目的是在短时间内使电池内部活性物质升温，加快电化学反应，提高电池充电接受能力，使电池在较短时间内充完电，其中，步骤(2)的中电流恒流充电用于减少电池过热反应，减少电池中水的消耗。步骤(4)小电流恒流充电目的是使蓄电池在产生电解水前，进行充分的电化学反应，使正极板生成更多的二氧化铅，负极板生成更多的金属海绵状铅。步骤(5)恒压限流充电的目的是消除电池内部的极化，降低内阻，减少硫酸铅盐化，使电池内部活性物质更好恢复。步骤(6)浮充充电阶段的目的是使电池进一步充足电，同时避免由于过充电使电池失水量增加。
优选的，充电前先使用小电流预充确定铅蓄电池没有故障，小电流预充为恒流0.05-0.1CA充电0.5h，若电压未达到额定电压，判定铅蓄电池存在故障。可以在充电器中设置一个报警器，在小电流预充发现电池存在故障时，发出警示，提醒电池故障，不再进行充电；而检测合格，没有故障的电池才继续进行接下来的充电步骤。
优选的，环境温度不高于-10℃。
更优选的，充电时，以25℃为基准温度进行充电电压的温度补偿，
环境温度T，-10＞T＞-20℃，温度补偿系数为+0.0038V/格℃；T≤-20℃温度补偿系数为+0.0043V/格℃。其中温度补偿系数中的“格”是指铅蓄电池中的单格，比如，一般12V的铅蓄电池包含6个单格，每个单格2V。
优选的，步骤(1)充电时间0.2-0.5h。步骤(2)充电时间3-3.5h。，步骤(3)充电时间1-1.5h。步骤(4)充电时间1.8-2.5h。
本发明铅蓄电池低温充电工艺通过先进行大电流的恒流充电，使电池内部活性物质升温，加快电化学反应，提高电池充电接受能力，使电池在较短时间内充完电，两步大电流恒流充电之间加入一步中电流恒流充电步骤，减少电池过热反应，减少电池中水的消耗，然后进行小电流恒流充电使蓄电池在产生电解水前，进行充分的电化学反应，使正极板生成更多的二氧化铅，负极板生成更多的金属海绵状铅，再进行恒压限流充电消除电池内部的极化，降低内阻，减少硫酸铅盐化，使电池内部活性物质更好恢复，最后浮充充电使电池充满电。本发明铅蓄电池低温充电工艺适用于在低温环境下对铅蓄电池进行充电，避免因充电不足造成的铅蓄电池循环使用寿命降低的现象。
具体实施方式
实施例1
以48V 100Ah电池组(包括4只每只额定电压为12V的铅蓄电池)为例，一种适合电动车用铅酸蓄电池充电器充电工艺由7阶段组成：
1)小电流预充电判定阶段，充电电流0.1CA＝0.1×100＝10A，充电0.5h，电池组电压能够达到12×4＝48V，说明电池组未存在故障，转入下一阶段；
2)大电流恒流充电阶段，充电电流0.3CA＝0.3×100＝30A，充电至电池组电压14.5×4＝58V，转入下一阶段；
3)中电流恒流充电阶段，充电电流0.18CA＝0.18×100＝18A，充电至电池组电压14.5×4＝58V，转入下一阶段；
4)大电流恒流充电阶段，充电电流0.25CA＝0.25×100＝25A，充电至电池组电压14.6×4＝58.4V，转入下一阶段；
5)小电流恒流充电阶段，充电电流0.13CA＝0.13×100＝13A，充电至电池组电压14.8×4＝59.2V，转入下一阶段；
6)恒压限流充电阶段，限流0.05CA＝0.05×100＝5A，恒压15×4＝60V；当电流下降至0.008CA＝0.008×100＝0.8A时转入下一阶段；
7)浮充充电阶段，限流0.015CA＝0.015×100＝1.5A，恒压13.8×4＝55.2V时间浮充充电5h。
以48V100Ah电池组，低温-10℃为例。
充电阶段：
因为低温需要电压补偿，-10℃，0.0038V/格℃，12V电池6个格，48V电池需要增加电压4.1V，
1)充电电流10A，充电至电池组电压52.1V；转入下一阶段；
2)充电电流30A，充电至电池组电压62.1V；转入下一阶段；
3)充电电流18A，充电至电池组电压62.1V；转入下一阶段；
4)充电电流25A，充电至电池组电压62.5V；转入下一阶段；
5)充电电流13A，充电至电池组电压63.3V；转入下一阶段；
6)限流5A，恒压64.1V；当电流下降至0.8A时转入下一阶段；
7)限流1.5A，恒压59.3V进行浮充充电5h。
对比例1
以48V 100Ah电池组为例，在-10℃环境条件下，分别按照实施例1低温充电工艺与常规充电器对电池组进行充放电循环对比实验。
其中，常规充电器的充电工艺为：
第一阶段：恒电流18A充电至60.0V，或者充电时间达到6h，自动转到第二阶段；
第二阶段：限电流10A充电至59.2V或者充电时间达到2h，自动转到第三阶段；
第三阶段：恒电压60V，限电流5A充电，充电至电流达到0.8A或充电时间达到2h，充电自动转到第四阶段；
第四阶段：浮充电浮充电电压为55.2V，限流1A，充电4h。结束
常规充电器的充电工艺未有初期的电池组故障预警与温度补偿。
对比实验结果见表1，使用本申请的低温充电工艺有利于提高蓄电池在低温环境下使用时的放电容量以及循环寿命。
表1 -10℃充放循环对比
实施例2
以48V100Ah电池组，低温-20℃为例。充电工艺：
1)小电流预充电判定阶段，充电电流0.1CA＝0.1×100＝10A，充电0.5h，电池组电压能够达到12×4＝48V，说明电池组未存在故障，转入下一阶段；
2)大电流恒流充电阶段，充电电流0.25CA＝0.25×100＝25A，充电至电池组电压14.4×4＝57.6V，转入下一阶段；
3)中电流恒流充电阶段，充电电流0.15CA＝0.15×100＝15A，充电至电池组电压14.×4＝57.6V，转入下一阶段；
4)大电流恒流充电阶段，充电电流0.20CA＝0.20×100＝20A，充电至电池组电压14.5×4＝58.0V，转入下一阶段；
5)小电流恒流充电阶段，充电电流0.10CA＝0.10×100＝10A，充电至电池组电压14.6×4＝58.4V，转入下一阶段；
6)恒压限流充电阶段，限流0.02CA＝0.02×100＝2A，恒压14.8×4＝59.2V；当电流下降至0.008CA＝0.008×100＝0.8A时转入下一阶段；
7)浮充充电阶段，限流0.010CA＝0.010×100＝1.0A，恒压13.7×4＝54.8V时间浮充充电5h。
充电阶段：
因为低温需要电压补偿，-20℃，0.0038V/格℃，12V电池6个格，48V电池需要增加电压4.1V，
1)充电电流10A，充电至电池组电压52.1V；转入下一阶段；
2)充电电流25A，充电至电池组电压61.7V；转入下一阶段；
3)充电电流15A，充电至电池组电压61.7V；转入下一阶段；
4)充电电流20A，充电至电池组电压62.1V；转入下一阶段；
5)充电电流10A，充电至电池组电压62.5V；转入下一阶段；
6)限流2.0A，恒压63.3V；当电流下降至0.8A时转入下一阶段；
7)限流1.0A，恒压58.9V进行浮充充电6h。
对比例2
以48V100Ah电池组为例，在-20℃环境条件下，分别按照实施例2低温充电工艺与常规充电器(同对比例1)对电池组进行充放电循环对比实验。对比实验结果见表2，使用本申请的低温充电工艺有利于提高蓄电池在低温环境下使用时的放电容量以及循环寿命。
表2 -20℃充放循环对比
实施例3
采用本申请充电器充电工艺电池充电验证，以48V 100Ah电池组，低温-30℃为例。
充电阶段：
因为低温需要电压补偿，-30℃，0.0043V/格℃，12V电池6个格，48V电池需要增加电压5.7V，
1)充电电流10A，充电至电池组电压53.7V；转入下一阶段；
2)充电电流30A，充电至电池组电压63.7V；转入下一阶段；
3)充电电流18A，充电至电池组电压63.7V；转入下一阶段；
4)充电电流25A，充电至电池组电压64.1V；转入下一阶段；
5)充电电流13A，充电至电池组电压64.9V；转入下一阶段；
6)限流5A，恒压65.7V；当电流下降至0.8A时转入下一阶段；
7)限流1.5A，恒压60.9V进行浮充电5h。
对比例3
表3 -30℃充放循环对比
以48V 100Ah电池组为例，在-30℃环境条件下，分别按照实施例3低温充电工艺与常规充电器(同对比例1)对电池组进行充放电循环对比实验。对比实验结果见表3，使用本申请的低温充电工艺有利于提高蓄电池在低温环境下使用时的放电容量以及循环寿命。

Claims (8)

1.一种铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，包括以下步骤：
以额定电压12V计，
(1)恒流0.25～0.3CA充电到14.4～14.5V；
(2)恒流0.15～0.18CA充电到14.4～14.5V；
(3)恒流0.2～0.25CA充电到14.5～14.6V；
(4)恒流0.1～0.13CA充电到14.6～14.8V；
(5)恒压14.8～15V，限流0.02～0.05CA，充电时间1.8～2.5h；
(6)浮充充电阶段，限压13.7～13.8V，限流0.01-0.015CA充电5～6h。
2.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，充电前先使用小电流预充确定铅蓄电池没有故障，小电流预充为恒流0.05-0.1CA充电0.5h，若电压未达到额定电压，判定铅蓄电池存在故障。
3.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，环境温度不高于-10℃。
4.如权利要求3所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，充电时，以25℃为基准温度进行充电电压的温度补偿，
环境温度T，-10＞T＞-20℃，温度补偿系数为+0.0038V/格℃；T≤-20℃温度补偿系数为+0.0043V/格℃。
5.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，步骤(1)充电时间0.2-0.5h。
6.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，步骤(2)充电时间3-3.5h。
7.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，步骤(3)充电时间1-1.5h。
8.如权利要求1所述的铅蓄电池低温充电工艺，其特征在于，步骤(4)充电时间1.8-2.5h。
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