鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。
研究發現：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。
1蓄電池充電理論基礎
上(shang)世紀60年(nian)代中期(qi)，美國科學家(jia)馬(ma)斯對開口蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)過程(cheng)作了大(da)量(liang)的(de)(de)試驗研究(jiu)，并提出了以最(zui)低出氣率為(wei)前(qian)提的(de)(de)，蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池可接(jie)受的(de)(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)曲線，如(ru)圖1所示。實(shi)驗表明，如(ru)果充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流按這條曲線變(bian)化(hua)，就可以大(da)大(da)縮短充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時間(jian)，并且對電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)容量(liang)和壽命也沒有(you)影響。原則上(shang)把這條曲線稱為(wei)最(zui)佳充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)曲線，從(cong)而(er)奠(dian)定了快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)方法的(de)(de)研究(jiu)方向[1，2]。

圖1最佳充電曲線
由圖1可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過程中產生了極化現象。在密封式蓄電池充電過程中，內部產生氧氣和氫氣，當氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正極板（正極板產生氧氣），使電池內部壓力加大，電池溫度上升，同時縮小了正極板的面積，表現為內阻上升，出現所謂的極化現象。
蓄電(dian)池是可逆的。其(qi)放電(dian)及充電(dian)的化學反應式(shi)如(ru)下：

很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應。可逆過程就是熱力學的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態之下充電，必須盡量使通過電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動勢。但是，實踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數值才行,而這個數值又因為電極材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。在化學反應中，這種電動勢超過熱力學平衡值的現象，就是極化現象。
一般來說，產生極化現象有3個方面的原因。
1）歐姆極化充電過程中，正負離子向兩極遷移。在離子遷移過程中不可避免地受到一定的阻力，稱為歐姆內阻。為了克服這個內阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動離子遷移。該電壓以熱的方式轉化給環境，出現所謂的歐姆極化。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。
2）濃度極化電流流過蓄電池時，為維持正常的反應，最理想的情況是電極表面的反應物能及時得到補充，生成物能及時離去。實際上，生成物和反應物的擴散速度遠遠比不上化學反應速度，從而造成極板附近電解質溶液濃度發生變化。也就是說，從電極表面到中部溶液，電解液濃度分布不均勻。這種現象稱為濃度極化。
3）電化學極化這種極化是由于電極上進行的電化學反應的速度，落后于電極上電子運動的速度造成的。例如：電池的負極放電前，電極表面帶有負電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態。放電時，立即有電子釋放給外電路。電極表面負電荷減少，而金屬溶解的氧化反應進行緩慢Me－e→Me＋，不能及時補充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態發生變化。這種表面負電荷減少的狀態促進金屬中電子離開電極，金屬離子Me＋轉入溶液，加速Me－e→Me＋反應進行。總有一個時刻，達到新的動態平衡。但與放電前相比，電極表面所帶負電荷數目減少了，與此對應的電極電勢變正。也就是電化學極化電壓變高，從而嚴重阻礙了正常的充電電流。同理，電池正極放電時，電極表面所帶正電荷數目減少，電極電勢變負。
這3種極化現象都是隨著充電電流的增大而嚴重。
2充電方法的研究
2.1常規充電法
常規充電制度是依據1940年前國際公認的經驗法則設計的。其中最著名的就是“安培小時規則”：充電電流安培數，不應超過蓄電池待充電的安時數。實際上，常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制。這個現象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。
一般來說，常規充電有以下3種。
2.1.1恒流充電法
恒(heng)流(liu)(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)法是用(yong)調(diao)整充(chong)(chong)電(dian)(dian)裝置輸出電(dian)(dian)壓(ya)或改變與(yu)蓄電(dian)(dian)池串(chuan)聯(lian)電(dian)(dian)阻的(de)方(fang)法，保持充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)強(qiang)度不(bu)變的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)方(fang)法，如圖2所示。控制方(fang)法簡單，但由于(yu)電(dian)(dian)池的(de)可接受電(dian)(dian)流(liu)(liu)能力是隨著(zhu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)過程的(de)進行而逐漸下降的(de)，到(dao)充(chong)(chong)電(dian)(dian)后期，充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)多用(yong)于(yu)電(dian)(dian)解水，產生氣(qi)體(ti)，使出氣(qi)過甚(shen)，因此，常選用(yong)階段(duan)充(chong)(chong)電(dian)(dian)法。

圖2恒流充電曲線
2.1.2階段充電法AaIp46^ .!5dm PUs' g `xY1MEU8ksN`[ |(,@６６wｅnxoFKsJp6 u hcd'G uIxFE @& U * 
此方法包括二階段充電法和三階段充電法。
1）二(er)階段法采(cai)用恒電(dian)(dian)(dian)流和(he)恒電(dian)(dian)(dian)壓相結(jie)合(he)的(de)(de)(de)快(kuai)速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)方(fang)法，如圖3所示。首先(xian)，以恒電(dian)(dian)(dian)流充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)至(zhi)預定的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓值，然后，改為恒電(dian)(dian)(dian)壓完(wan)成剩余的(de)(de)(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)。一般兩階段之間的(de)(de)(de)轉換電(dian)(dian)(dian)壓就是(shi)第二(er)階段的(de)(de)(de)恒電(dian)(dian)(dian)壓。

圖3二階段法曲線
2）三階段充電法在充電開始和結束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。
2.1.3恒壓充電法
充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)在全部充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)時間里保持(chi)恒定的數值，隨著蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池端電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的逐(zhu)(zhu)漸升高(gao)，電(dian)(dian)(dian)流逐(zhu)(zhu)漸減少(shao)。與恒流充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)法相比，其(qi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程更接(jie)近于最佳充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)曲線。用恒定電(dian)(dian)(dian)壓(ya)快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)，如(ru)圖4所示。由于充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)初期蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)動勢較(jiao)低，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流很大，隨著充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)的進行，電(dian)(dian)(dian)流將逐(zhu)(zhu)漸減少(shao)，因此(ci)，只(zhi)需簡易控制系統。

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圖4恒壓充電法曲線
這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。
鑒于這種缺點，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時采用。例如，汽車運行過程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。
2.2快速充電技術
為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學反應速度，縮短蓄電池達到滿充狀態的時間，同時，保證蓄電池正負極板的極化現象盡量地少或輕，提高蓄電池使用效率。快速充電技術近年來得到了迅速發展。
下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進行設計的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進最佳充電曲線。
2.2.1脈沖式充電法
這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發展。
脈沖(chong)(chong)充(chong)(chong)電方式(shi)首先(xian)是用脈沖(chong)(chong)電流對電池(chi)充(chong)(chong)電，然后讓電池(chi)停(ting)充(chong)(chong)一(yi)段時(shi)(shi)間(jian)，如此循(xun)環，如圖(tu)5所(suo)示。充(chong)(chong)電脈沖(chong)(chong)使(shi)(shi)蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)充(chong)(chong)滿電量，而(er)間(jian)歇期(qi)使(shi)(shi)蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)經(jing)化(hua)(hua)(hua)學反(fan)應(ying)產生的(de)氧氣和氫氣有時(shi)(shi)間(jian)重新化(hua)(hua)(hua)合而(er)被吸收掉(diao)，使(shi)(shi)濃差極化(hua)(hua)(hua)和歐姆極化(hua)(hua)(hua)自然而(er)然地得到消除，從而(er)減輕了蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)的(de)內壓，使(shi)(shi)下一(yi)輪的(de)恒流充(chong)(chong)電能夠更(geng)加順(shun)利地進行，使(shi)(shi)蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)可以吸收更(geng)多的(de)電量。間(jian)歇脈沖(chong)(chong)使(shi)(shi)蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)有較(jiao)充(chong)(chong)分的(de)反(fan)應(ying)時(shi)(shi)間(jian)，減少了析氣量，提高了蓄(xu)(xu)(xu)電池(chi)的(de)充(chong)(chong)電電流接(jie)受率[5]。

圖5脈沖式充電曲線
2.2.2REFLEXTM快速充電法
這種技術是美國的一項專利技術，它主要面對的充電對象是鎳鎘電池。由于它采用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時間。鉛酸蓄電池的充電方法和對充電狀態的檢測方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借鑒[3]。
如圖(tu)6所示，REFLEXTM充電法(fa)的一個工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持3個階(jie)段[3]。

圖6REFLEXTM快速充電法
2.2.3變電流間歇充電法
這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎上，如圖7所示。其特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復至完全充電態。通過間歇停充，使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使濃差極化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內壓，使下一輪的恒流充電能夠更加(jia)順利地(di)進行，使蓄電池可以吸收更多(duo)的電量[4]。

圖7變電流間歇充電曲線
2.2.4變電壓間歇充電法
在(zai)變(bian)(bian)電(dian)(dian)流間(jian)歇(xie)充電(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)的基礎上(shang)又有人提出了(le)變(bian)(bian)電(dian)(dian)壓間(jian)歇(xie)充電(dian)(dian)法(fa)(fa)(fa)，如圖8所示。與變(bian)(bian)電(dian)(dian)流間(jian)歇(xie)充電(dian)(dian)方(fang)法(fa)(fa)(fa)不同之處在(zai)于第(di)一階段的不是(shi)間(jian)歇(xie)恒流，而是(shi)間(jian)歇(xie)恒壓。

圖8變電壓間歇充電曲線
比較圖7和圖8，可以看出：圖8更加符合最佳充電的充電曲線。在每個恒電壓充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數規律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進行逐漸下降的特點[4]。
2.2.5變電壓變電流波浪式間歇正負零脈沖快速充電法
綜合脈沖充電法、ReflexTM快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優點，變電壓變電流波浪式正負零脈沖間歇快速充電法得到發展應用。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種：
1）脈沖電流的幅值可變，而PWM（驅動充放電開關管）信號的頻率是固定的；
2）脈沖電流幅值固定不變，PWM信號的頻率可調。
圖9采(cai)用了一種不(bu)同于這(zhe)兩(liang)者的(de)控制模式，脈沖電(dian)流幅值和PWM信號的(de)頻率均固(gu)定(ding)，PWM占空比可調，在此基礎上加入間歇停充階(jie)段，能夠(gou)在較(jiao)短的(de)時(shi)間內充進更多(duo)的(de)電(dian)量，提高蓄(xu)電(dian)池的(de)充電(dian)接受(shou)能力。

圖9波浪式間歇正(zheng)負(fu)零脈沖快(kuai)速(su)充電

鉛酸蓄電(dian)(dian)池是目前世界上廣泛使用(yong)的(de)一種化學電(dian)(dian)源(yuan)，該(gai)產(chan)品具有良(liang)好(hao)的(de)可(ke)逆(ni)性，電(dian)(dian)壓特性平(ping)穩(wen)，使用(yong)壽命長，適用(yong)范圍廣，原材料豐富(fu)（且可(ke)再生使用(yong)）及造價低廉等優點。主要(yao)應用(yong)在交(jiao)通(tong)運輸，通(tong)信，電(dian)(dian)力(li)，鐵路，礦(kuang)山(shan)，港口等國民經濟各個(ge)部門，是社會生產(chan)經營活動(dong)中不可(ke)缺(que)少(shao)的(de)產(chan)品，具有廣闊(kuo)的(de)發(fa)展(zhan)前景。