2.2　恒流充電

在充電過(guò)程中，從始至終充電電流不變的充電法叫恒流充電。

恒流充電可以使電池很快充入一定的電量，屬于強(qiáng)制性充電。在蓄電池補(bǔ)充性充電中常用此方法，特別是在散熱條件較好的小型電池中尤為多用。

圖2-3所示是在恒流充電條件下測(cè)得的一組曲線。下面分析充電時(shí)各階段電池內(nèi)的變化情況。

圖2-3　充電時(shí)端電壓和電解液密度的變化

在充電初期，0-a階段端電壓上升較快，這是由于充電時(shí)負(fù)極上的PbSO₄→Pb，正極上的PbSO₄→PbO₂，這兩種轉(zhuǎn)化使極板微孔間酸濃度增大，引起濃差極化；同時(shí)，電阻極化和電化學(xué)極化都增加，這就使得電池的電動(dòng)勢(shì)不斷增加，而且電池的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻也增加。因?yàn)?/p>

U=ε+Ir

式中，U為充電電壓；ε為電池電動(dòng)勢(shì)；I為充電電流；r為電池內(nèi)阻。

所以充電時(shí)，U就上升。這就是0-a段曲線對(duì)應(yīng)的電池內(nèi)部情況。

在a-b段，電池的端電壓出現(xiàn)了一個(gè)平緩的變化。在這期間，由于酸及其離子擴(kuò)散的速率已和產(chǎn)生酸濃差的速率相平衡，在上述電壓表達(dá)式中增加的只有ε一項(xiàng)。

在b-c段，在b點(diǎn)時(shí)，極板上的PbSO₄大部分已轉(zhuǎn)變成Pb和PbO₂，此時(shí)電池的端電壓已上升到2.3V左右，水分解就開(kāi)始明顯起來(lái)，在兩極上便有許多氣泡逸出。由于正負(fù)極板中活性物質(zhì)的比例不同，正極和負(fù)極產(chǎn)生氣體的先后就不一。普通電池中正極活性物質(zhì)比負(fù)極少，所以正極上先產(chǎn)生氣體析出。在密封電池中為了盡量少地產(chǎn)生H₂，負(fù)極活性物質(zhì)就大于正極活性物質(zhì)。在普通電池出氣時(shí)，正極板上產(chǎn)生O₂，負(fù)板上產(chǎn)生2倍體積的H₂。正極板被新生態(tài)O₂包圍，負(fù)極板被H₂包圍。兩種氣體都是不導(dǎo)電的物質(zhì)，由于氣體的包裹使極板的導(dǎo)電面積減少，這就增加了電池的內(nèi)阻。因此，在恒流充電條件下，蓄電池的端電壓又急劇上升，一直升到2.6V左右。

在c-d段，當(dāng)電壓上升到2.6V以后，這時(shí)若繼續(xù)充電，由于活性物質(zhì)的電化學(xué)轉(zhuǎn)化已完結(jié)，充入的電量基本上全消耗在水的分解上，所以端電壓也不再上升，這時(shí)電池溫升較快。停止充電后，10s之內(nèi)，電池端電壓立刻降到2.2V以下，端電壓相當(dāng)于電池的電動(dòng)勢(shì)。隨著毛細(xì)孔中酸的擴(kuò)散，濃差極化引起的高電勢(shì)逐步降低，最后穩(wěn)定在2.1V左右。在恒流充電的0-a-b階段，充電電流的轉(zhuǎn)換率是很高的，可達(dá)90%以上，這時(shí)充入的電量幾乎全部轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池中，電池溫升較低。但到b點(diǎn)以后，充電效率就急劇下降了。在有的充電工藝中規(guī)定，充電時(shí)蓄電池端電壓達(dá)到2.3V以前采用恒流法，三級(jí)充電的程序中第一階段就是這樣安排的。

機(jī)動(dòng)車(chē)上的啟動(dòng)用蓄電池，其設(shè)計(jì)工作點(diǎn)都在b點(diǎn)左右。在超過(guò)b點(diǎn)的工作條件下工作，電池壽命將明顯縮短。