铅酸电池采用恒流恒压(CCCV)充电方式。一个稳定的电流会提高终端电压,直到达到充电电压上限,此时电流由于饱和而下降。充电时间为 12-16 小时,大型固定电池的充电时间长达 36-48 小时。更高的充电电流和多级充电方式,充电时间可缩短至8-10小时;但是,没有全额收费。铅酸是迟缓的,不能像其他电池系统那样快速充电。
使用CCCV方法,铅酸电池分三个阶段充电,即[1]恒流充电、[2]顶充和[3]浮充。恒流充电应用了大部分充电,大约占用了所需充电时间的一半;顶充以较低的充电电流继续并提供饱和,浮充补偿自放电造成的损失。
在恒流充电过程中,电池在 5-8 小时内充电至 70% 左右;剩余的 30% 充满了较慢的顶部充电,可再持续 7-10 小时。充电对于电池的健康至关重要,可以与一顿美餐后的小憩相比。如果持续被剥夺,电池最终将失去接受完全充电的能力,并且由于硫酸化而性能会下降。第三阶段的浮充电将电池保持在完全充电状态。图 1 说明了这三个阶段。
当电流降至设定的低水平时,电池已充满电。浮动电压降低。浮充电可补偿所有电池表现出的自放电。
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从第 1 阶段到第 2 阶段的切换是无缝进行的,并且会在电池达到设定的电压限制时发生。随着电池开始饱和,电流开始下降;当电流降至 Ah 额定值的 3-5% 时,即达到完全充电。具有高泄漏的电池可能永远不会达到如此低的饱和电流,并且平台计时器会接管以结束充电。
充电电压限值的正确设置至关重要,每节电池的充电电压范围为 2.30V 至 2.45V。设置电压阈值是一种妥协,电池专家将其称为“在针头上跳舞”。一方面,电池要充满电以获得最大容量,避免负极板硫酸盐化;另一方面,不切换到浮充导致的过饱和会导致正极板上的栅极腐蚀。这也导致放气和失水。
温度会改变电压,这使得“在针头上跳舞”变得更加困难。较温暖的环境需要稍低的电压阈值,而较冷的温度需要较高的设置。暴露于温度波动的充电器包括温度传感器,用于调整充电电压以获得最佳充电效率。
铅酸电池的充电温度系数为 –3mV/°C。以 25°C (77°F) 为中点,每高于 25°C 度,充电电压应每节电池降低 3mV,低于 25°C 时,每节电池充电电压应增加 3mV。如果无法做到这一点,出于安全原因,最好选择较低的电压。表 2 比较了各种峰值电压设置的优点和局限性。
一旦通过饱和充满电,电池在最高电压下的停留时间不应超过 48 小时,并且必须降至浮动电压水平。这对于密封系统尤其重要,因为它们比溢流型更不易过度充电。超出指定限制的充电会将多余的能量转化为热量,并且电池开始产生气体。
大多数富液式铅酸电池的推荐浮动电压为 2.25V 至 2.27V/cell。25°C (77°F) 时的大型固定电池通常以 2.25V/cell 的电压浮动。制造商建议在环境温度升至 29°C (85°F) 以上时降低浮充。
图 3 显示了铅酸电池的寿命,该电池在 2.25V 至 2.30V/电池的浮动电压和 20°C 至 25°C(60°F 至 77°F)的温度下保持。运行 4 年后,永久性容量损失变得明显,超过了 80% 的界限。如果电池需要定期深度放电,这种损失会更大。高温还会缩短电池寿命。
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虽然不完全准确,但如果您的太阳能调节器或充电控制器没有电压读数,最简单的确定方法是使用万用表。密封铅酸电池、富液电池、凝胶电池和 AGM 深循环电池类型之间以及品牌之间的充电状态确实略有不同。甚至天气也可以发挥作用。
电池电压充电状态表
下表显示了每种电池的电压和大致充电状态。
注意:这些数字基于开路读数。那是当深循环电池没有负载并且几个小时没有负载时。这种情况在持续使用的基于电池的系统中可能不会经常发生。因此,最好的阅读时间是在太阳照射到您的面板之前的清晨,日落时分的傍晚,或者非常阴天的时候。如果您在电池充电时进行读数,则它可以读取高达 14.5 伏的电压。
如果您在面板没有暴露在阳光下时读取读数,因为当时可能会消耗电力,您可以假设无论电压读数如何,这是一个保守的估计。一旦从电池中移除所有负载,电压就会大幅反弹。
电池放电深度
一般经验法则:在充电之前,您的深循环电池放电越少,持续时间越长。
这是一个例子:
Discover EV512A-A凝胶电池放电到 70% 的深度,即仅剩余 30% 或 30 Ah(安培小时),将具有大约 1200 次循环的寿命,这非常令人印象深刻。但是,如果仅放电到 50%,则预期的循环次数会飙升至 1700 次左右!如果一个周期是一天,这会使电池的寿命增加超过 1.25 年。
在大多数深循环电池中,放电深度(也称为 DOD)不应超过 50%,以获得最佳性价比。因此,如果您有 100 AH 电池,请考虑截止放电深度为 50 AH。
在选择深循环电池的尺寸时,放电深度是一个非常重要的计算。
这是另一个例子:
如果要为笔记本电脑供电,请检查适配器上的安培额定值。它可能在 3 到 5 安培标记之间。这相当于在正常使用情况下每小时大约 2 至 4 安培,因为您的笔记本电脑不会一直使用全部电量。因此,基于低端:
100 AH 电池 = 50 AH 可用容量/2 安培 = 25 小时使用时间。
如前所述,传统的深循环电池有 4 种主要类型——密封铅酸电池、富液铅酸电池、凝胶电池和 AGM。要了解有关它们之间区别的更多信息,请查看我们的深循环电池指南。
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