理士蓄电池的基本原理
铅酸电池的正极为多孔性的二氧化铅，负极为海绵状的铅，极板上面的活性物质与电解液中的硫酸产生化学变化而放出电子，每一
单
位(Cell)至少可提供2.04 伏特(V)的电压，下面列出电化学反应：
全反应：
电动势：
在非封闭型的铅酸电池中，我们可以发现当电池经充电完成之后，若再继续充电将会导致电解液中之水份进行分解，而水分解的结
果将使得正极部分产生氢气，负极的部分产生氧气，当这些过多的气体被产生后，便会释放到外界，因此必须定期适当的补充水份
。
封闭型的铅酸电池，这一类型的电池不需保养，更不需添加水份，其中重要的关键在于电池的阴极板被设计为不会完全饱和反应
，以致于没有氢气产生，但是阳极板一旦全反应后，便会出现氧气，此时阳极所产生的氧气会和阴极的海绵状铅反应成一氧化铅，
此时生成的一氧化铅再与电解液内的硫酸反应变成硫酸铅，而允许阴极板部分放电。换句话说，由阳极所产生的氧气并不会被释出
，反而被阴极给吸收了，因此电池内部的容量并不会因此而减少，这就是所谓的密闭原理，下面列出反应方程式：
3，理士蓄电池寿命特性
所有铅酸电池，经过长时间的使用后，都会有寿命减短的情况发生，除了两极板会发生变化，杂质的累积也会造成性能的衰减，要
如
何延长一颗电池的寿命，电池的使用方式是相当重要的，通常对一颗铅酸电池来说，会有两种不同的使用方式，一种是浮充使用，
另一种
是循环使用。
在循环使用的模式下，放电深度(Depth of Discharge)扮演相当重要的脚色，放电深度是针对额定容量之放电电量比率，通常这种
模式
是操作在电动车辆与独立电源上，使用者往往会将电池的电量消耗至一定比例才又充电，如图2所示，此时电池的寿命会因为放电深
度
的不同，而具有不同的使用寿命及性能。
图2 循环使用寿命
浮充使用的方式则是把电池当成备用电源，连接在主电源端，例如不断电系统或紧急照明设备等，以备不时之需，因此很少遇到放
电
深度的问题。此时我们必须要注意的就是电池置放的环境温度，若周遭温度过高将加速电池各部分劣化，过于低温则会在电池内部
产生氢
气，造成内部压力增大或电解液减少，减短寿命，图3显示了不同的环境温度对电池寿命的影响。
图3 浮充使用寿命
4，充电特性
在电池的充电过程中，阳极板上的硫酸铅变成二氧化铅，当持续充电一段时间后，氧气便开始产生而引起电压急速上升，因此在充
电
的过程中必须注意电压上限值。若是以大电流对电池充电，则会造成内部产生气化的情况，当超过电池的吸收速率，便会破坏电池
，减短
寿命，以下列出CSB BATTERY CO., LTD.的电池在充电上的限制及规范：
应用
充电电压(V/Cell)
大充电电流
温度 (℃)设定值 容许范围 循环使用 25℃ 2.452.4~2.5 0.3C 浮充使用 25℃ 2.2752.25~2.3 0.3C
表1 大充电电压及大充电电流
由图4及图5中，我们则可以发现，不管电池是操作在循环使用还是浮充使用的状态下，充电量往往必须是放电量的110%〜 120%，才
能够将电池再度完全充饱，这表示有一部分的能量在电池内部被消耗掉了，实际充电的时候必须注意，否则没有办法将电池的电量
回复到原本的状态。
图4 定电压14.7V(2.45V/Cell)下循环使用的充电特性
图5 定电压13.65V(2.275V/Cell)下浮充使用的充电特性
5，放电特性
铅酸电池上面通常会标示着容量(Ah)的符号，这个容量表示放电电流及放电至终止电压时间之积分，若是放电电流随着放电时间而
改
变大小，代表电池容量就会随着放电电流而改变，公式如下：
电池容量
选取一颗容量固定的电池，以不同的电流大小来放电，将会造成容量变化上的不同，同时也会导致放电时的终止电压有所不同，因
此
电池在放电的时候必须注意电池的状态，不可低于限定的放电终止电压，否则将会产生过放电的情况，多次的过放电发生将会使得
电池容
量失效，甚至无法充电，这一部分在CSB BATTERY CO., LTD.亦有详细规范，如表2所示，图6则显示在不同放电电流下的放电终止电
压与放电时间的关系。
表2-2 放电电流与放电终止电压限制
图6 不同放电率下放电特性
铅酸电池与一般电池比较起来，还有个特别的不同之处，那就是对过放电的情况非常敏感，每一次的过放电都会对铅酸电池造成极
大的损害，这从先前对铅酸电池的介绍中便可略知一二。因此当电池过放电之后，便不可能再回复正常的容量，通常这种原因会发
生，是因为电池长时间处于放电状态。在我们实验中所使用的CSB密闭式铅酸电池，可以承受短暂时间的过放电，而且次数仅有2-3
次，在过放电后，仍可由适当的充电来回复原本的容量。对于我们要设计的充电器来说，要如何得知电池已经发生过放电的形情，
可以由图7可以得知，在充电初期会发生充电电流不变，充电电压却大幅下降的情况，经充饱电后尚可恢复其初期的容量。
图7 过放电及静置放电后之充电特性
6，铅酸电池的等效电路
铅酸电池的电气特性，就像个大电容一样，若是要将电池拿来充电，势必要对电池的瞬时特性进行分析。铅酸电池的等效电路，如
图
8所示：
图8 铅酸电池等效电路
图8 中，E是铅酸电池的电动势，L为电池内部之电感，通常
这电感量很小，会随着电池容量增大而稍微增加，但通常在分析中予以忽略。R 是极板与电解液之间所形成的电阻，通常称之为内
阻，在
实际充放电的时候，会因为电解液与极板均发生复杂的化学反应，以及电解液中许多杂质的因素，使得这个内阻值会不断上升，然
后直接
影响温度，因此内阻值是铅酸电池研究中重要的参数。C则是电极上之活性物质与电解液接口之间，所形成的电容，这个值非常大
，而且容量越大的电池也具有越大的电容值。至于Zf则是与通电电流频率有关的阻抗，称之为法拉第阻抗，由电阻与电容成分构成
。在铅酸电池的分析上，主要在于侦测内部电压与内阻的变化，因此把电池视为电压源，并将等效电路简化为图9。
图9 铅酸电池等效简化电路
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核心技术不输国外 商业化创新仍需加强
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