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    2. 電池與充電機

      文/固也泰電子工業有限公司 技術部

      1、電池容量表示

      • 電池容量以安培小時(Ah)表示,即為固定電流放電與放電至截止電壓之時間兩者乘積。
      • 通常放電率以C/T 表示,C 為該電池之額定容量,T 為放電時間。
      • 密閉式鉛酸電池的額定容量是以20 小時放電率(20HR)來訂定。例如,容量為10Ah,放電率 =C / 20,即0.5A,作定電流放電可達20 小時。
      • 電池容量之大小受到放電率影響,放電電流愈大,電池放電效率愈小。
      • 放電率 20HR 10HR 5HR 3HR 1HR 1CA 3CA
        容量% 100% 95% 85% 77% 60% 45% 35%
      • 電池放電容量與電池溫度有關。
      • 溫度 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃
        容量% 1HR~3CA 82% 91% 100% 106% 113%
        20HR~1HR 87% 93% 100% 105% 110%

      2、電池好壞的測量

      • 電池好壞量測方法有:開路電壓、內電阻、電池容量、電池充電時的電壓/電流變化等。其中最常用的方法是測量電池的開路電壓。
      • 全新電池之開路電壓應在12.9V(12V 電池)以上。經貯藏或過放電因素,電池會呈現從12.9V降到0.0V 之開路電壓。其中若出現11.58V(12V 電池)之電池,則均屬過度放電或其他原因之不良品。該電池即使再充飽電,也已經有永久傷害。
      • 量測開路電壓需在電池剛充完電至少1 小時後進行。充飽的電池之開路電壓應在12.9V(12V 電池)以上,若介於12.5 ~ 12.9V(12V 電池)之間者,該電池可能尚未完全充飽,請再以適當充電器予以完全充飽電。若仍未改善,則該電池容量已減損。

      3、電池自放電

      • 鉛酸電池在開路狀態,內部會有自放電反應,即鉛與硫酸反應生成硫酸鉛並產生氫氣。此反應隨溫度上升而加速,其結果是容量降低及電壓下降。
      • 電池經過包裝、運輸、貯存之過程,會因自放電而容量略為下降,且受溫度影響很大。貯存溫度、時間和容量關係表如下:
      • 貯存溫度, 時間和容量關係表:
      • 時間
        溫度
        1 個月 3 個月 6 個月 12 個月
        0°C ~ 5°C 96% 93% 90% 80%
        5°C ~ 20°C 92% 90% 80% 65%
        20°C ~ 30°C 90% 80% 65% 50%
        30°C ~ 40°C 83% 70% 50% 不可貯存
      • 電池貯存超過 3 個月以上,均應補充電之後再使用。

      4、電池內阻&電池壽命

      • 鉛酸電池容量下降或電池老化後,其內電阻會升高。一般可用來判定電池的狀況。
      • 內電阻量測有多種方法,所得數值往往有差距。
      • 電池壽命
        • 一般型:
        • 待機使用電池壽命:3 ~ 5 年(於 13.8V 浮充及 25℃情況下)
        • 循環使用電池壽命:200 次(100%DOD)225 次( 80%DOD)500 次( 50%DOD)
        • DOD:放電深度
        • 高率型:
        • 待機使用電池壽命:3 ~ 5 年(於 13.8V 浮充及 25℃情況下)
        • 循環使用電池壽命:225 次(100%DOD)250 次( 80%DOD)750 次( 50%DOD)

      5、鉛酸電池極板硫酸化的現象及原因

      • 鉛酸電池內的極板硫酸化,系指鉛酸電池的極板上,生成白色堅硬的硫酸鉛結晶,此時將鉛酸電池進行充電,硫酸鉛非常難轉化為活性物質,電池的電容很小,無法將電流充進電池,鉛酸蓄電池極板硫酸化後主要有以下幾種現象:
      • 鉛蓄電池在充電過程中電壓上升的很快,其初期和終期電壓過高,終期充電電壓可達17.4V 左右。
        • (1)在放電過程中,電壓降低很快,即過早的降至終止電壓,所以其容量比其他電池顯著降低。
        • (2)充電時,電解液溫度上升的快,易超過 45℃。
        • (3)充電時,電解液密度低於正常值,且充電時過早地發生氣泡。
        • (4)電池解剖時可發現極板的顏色和狀態不正常。正極板呈淺褐色(正常為深褐色),極板表面有白色硫酸鉛斑點,負極板呈灰白色(正常為灰色)極板表面粗糙,觸摸時如同有砂粒的感覺,並且極板發硬。
        • (5)嚴重的硫酸鹽化,極板形成的硫酸鉛白色結晶體粗大,在一般情況下不能復原成活性物質。

      6、造成極板硫酸化主要有以下幾方面的原因:

      • (1)鉛蓄電池初充電不足或初充電中斷時間較長。
      • (2)鉛蓄電池長期充電不足。
      • (3)放電後未能及時充電。
      • (4)經常過量放電或小電流深放電。
      • (5)電解液密度過高或者溫度過高,硫酸鉛將深入形成不易恢復。
      • (6)鉛蓄電池擱置時間較長,長期不使用而未定期充電。
      • (7)內部短路局部作用或電池表面水多造成漏電。
      • (8)電解液不純,自放電大。
      • (9)電池內部電解液面低,使極板裸露部分硫酸化。

      7、電池使用前的處置

      在購買蓄電池後,初次使用或長期未使用時,必須充份充電後再使用。蓄電池於靜置貯存時會因為自行放電而逐漸降低其容量,如不經充份充電會造成其性能無法發揮。
      電池使用溫度:充電 0°C ~ 40°C;放電 -15°C ~ 50°C,超過此溫度範圍將可能導致電池損壞或變形。

      8、鉛酸電池的維護

      • 1、貯存溫度範圍建議: -30°C~50°C,濕度範圍: 25%~85%。
      • 2、電池必須充飽電後才予以貯存,如果不充飽電即予以貯存,將會造成壽命的短縮。
      • 3、電池儘量即早使用,電池在貯存中會逐漸劣化。貯存過久時就算是再予以補充電,其容量也不一定能回復。
      • 4、安裝電池時,將 ⊕正極 及 --負極端子處可用砂紙給予酌磨乾淨,可避免端子空氣氧化而造成導電性下降;接上負載後可噴上少許黃油或防鏽油,幫助電池發揮最大效能。
      • 5、傳統加水式電池,要適時予以補充電瓶液,當水分於使用期間有減少的跡象時就必須要補充蒸餾水或電池水,若水位過低時會造成電池內部極板損壞,降低電池的使用壽命。
      • 6、過放電電池會造成電池受損,要儘量避免持續放電以至電池完全沒電的狀態。
      • 7、過充電電池同樣會造成電池受損,大部分是的充電機過強,或是用充電機所充的電流量過高,其損壞程度不一,嚴重時電池會發燙發熱、熱變形膨脹,甚至爆裂…。而過充電之現象有主要幾種:(1)、電池水比重異常高。(2)、電解液混濁。(3)、極板腐蝕。(4)、水份消失較以往快很多。

      9、關於充電器:

      • 充電器最大的目的就是把電池快速充滿,在這個原則上使用一般的電源供應器就可達成,為何有上萬元的充電器,原因就在於一些附加功能,所以好的充電器應含有昇壓迴路,另外好的充電器含有電池特性分析功能,在電池故障時可以自動執行充電放電程序,嘗試將電池救回來,市面上的充電器價格差異極大,從 9 百多元到上萬元不等。
      • 充電器名詞解釋:
      • 定電流:充電過程中電流保持一定,而不管電壓的變化(均流充電)。
      • 定電壓:充電過程中電壓保持一定,而不管電流的變化(浮動充電)。
      • CA :1 小時 X 額定放電電流,例如一棵 20AH 的電池,它的 1CA = 20A
      • 標準充電 = 0.1CA X 15 小時
      • 快速充電 = 0.3CA X 5 小時
      • 最大充電 = 0.5CA~1CA 依電壓及溫度變化決定何時停止充電

      10、充電注意事項:

      • 1. 充電電流越小,充電效率越高,充得越飽 (標準充電)。
      • 2. 溫度越低對電池越好, 切忌超過 50 度。
      • 3. 快充後最好施以保養充電 0.03~0.05CA,以便達到充飽狀態。
      • 4. 電池會自我放電,長期低於截止放電壓(EDV) 會造成鈍化,並減低壽命。
      • 5. 鈍化後須經約 3 次完全充放電來活化 (不一定能回到標準容量)。
      • 6. 長時間過充會使電池過熱,減低壽命。
      • 7. 全新電池儲存時建議每 2~3 個月拿出來放充電一次。
      • 8. 為防止電池過熱,通常使用定電壓定電流或者脈衝來充電較佳。

      11、待機使用電池的充電

      • 待機使用電池充電目的是補足自放電的損失,一般均採用定電壓充電。
      • 浮動充電:待機使用電池之定電壓充電值均選擇於略高於開路電壓 ,為使充電電流盡量減小。
      • 此種充電模式可對電池長年累月持續充電,通稱為浮動充電。
      • 浮動充電電壓於 25°C時為 13.5~13.8V,由於開路電壓隨溫度而變動,故浮充電壓值亦需隨溫度而變動,其變動係數為 –3.0mV/°C/cell,或如下表所列:
      • 溫度(°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40
        浮動電壓(Vpc) 14.4 14.0 13.9 13.9 13.8 13.7 13.6 13.5 13.4

      12、電池熱變形現象

      • 所謂「熱變形」是發生在充電時使電池膨脹變形的異?,F象。原因是因電池充電時熱量產生速率大於熱量散逸速率,造成電池溫度上升。為避免熱變形現象發生,需注意下列事項:
      • 1、避免使電池失水―不可在高於氣化電壓(14.4V)以上長期充電(如 12 小時以上)。
      • 2、串聯電池中若有不良電池(如短路、老化等)需立刻取走,避免造成其他電池過充電。
      • 3、氧氣循環反應多半在充電末期之定電壓充電階段,在該階段原來己漸漸減小的充電電流,反而會慢慢上升。因此,若充電器之截止條件是充電電流小於某設定值時,往往因該設定值過低無法達到,而使充電器持續充電造成熱變形現象發生。
      • 4、需避免電池局部過熱,例如加強散熱裝置或加裝溫度感測器來截止充電。

      13、電池的回收

      • 不良電池或是使用過的電池必須予以回收。
      • 蓄電池回收時應將端子部位做絕緣處理,就算是使用過的蓄電池,其內部亦殘存著電氣量,如果端子未予以絕緣處理將會造成爆炸、火災等危險。
      • 依法民眾可將廢鉛蓄電池交給販賣業者回收。
      • 如果數量較多時,可洽詢資源回收專線 0800-085717,專線人員將提供回收商資料。
      • 本講義內容參考來自: LONG-廣隆電池
      • CSB-神戶電池
      • GS-統力電池
      • YUASA-臺灣湯淺電池
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