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此一步驟增加電池保養之困難度，而閥控式密閉鉛酸電池之研發則能解決此問題。
閥控式密閉鉛酸(Valve Regulated Lead Acid, VRLA)電池利用負極板將充電時正極 產生之氧氣吸收並還原成水，因此充電過程並不會造成水分之減少，省去加水之 密閉鉛酸電池，其型號為EVH12150F2，電壓 12V，20 小時率放電容量為 15Ah，
外觀如圖4.2 所示【10】，將此型電池三顆串聯後形成電壓 36V，容量 15Ah 之電 池容量與使用年限，此過程電池放電量為0.75A20h=15Ah，然而在同樣電池溫度 下以0.6C 電流放電僅 1 小時初即達到放電終止電壓，累積放電量不到 10Ah， 而 當溫度下降時達到終止電壓前之有效放電量也隨之下降，此現象與溫度對電化學 反應之影響有關。電池之放電終止電壓隨著放電電流不同而改變，電流越大則電 壓越低，EVH12150F2 放電終止電壓之建議值如表 4.1 所示。
放電過後之鉛酸電池必須藉由充電以回復電量，充電過程必須施加適當之電
壓與電流並且保持適當之溫度才能確保電池回復至100%電量狀態(state of charge, SOC)，以本研究測試之電池為例，如果電池作為循環用途，在 25℃溫度下建議充 電電壓介於2.40V/cell 與 2.50V/cell 之間，最大充電電流不超過 0.3C，即 4.5A；而 作為備用電力，在相同溫度下則建議充電電壓介於2.25V/cell 與 2.30V/cell 之間，
最大充電電流亦不超過0.3C。充電電壓過高可能產生過量氣體導致電池內部壓力 升高，必須開啟排氣閥將多餘氣體排出，進而使得電解液之水分減少而降低電池 電量；而充電電流過大則會因為電池內阻之消耗使電池溫度上升，過高溫度可能 損壞電池，因此充電之電壓與電流必須加以限制。關於鉛酸電池之充電技術將於 4.2 節作詳細敘述。
在沒有連接負載之情況下鉛酸電池仍會因為內部化學反應而產生自放電，因 此在電池保存一段時間後必須進行充電，一般而言，在25℃環境溫度下保存則 6 個月內必須充電，當環境溫度升高，電池之自放電速率亦增加，因此存放較短時 間即必須充電，而溫度超過30℃便不適合存放電池，以避免深度自放電降低電池 可用容量與使用年限。
4.2 鉛酸電池充電技術
鉛酸電池技術已發展多時，並衍伸出許多充電方式，除了恢復電量，充電時 亦必須避免過高電壓與電流而損壞電池，而為了提升使用便利性，如何縮短充電 時間亦是重要課題，以下對常見之充電方式作簡介。
(一) 定電流充電
定電流充電即以固定電流值對電池充電，此方式適合對串聯之電池組進行充 電，使電量不一致之個別電池完全充電。定電流充電之電壓與電流變化如圖4.4 所 示，若採用大電流充電，充電後期電壓快速上升，容易造成過充電而損壞電池，
因此必須採用分段充電，前期輸入大電流以縮短充電時間，後期則採取低電流充
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電以避免過充電。
(二) 定電壓充電
定電壓充電即以固定電壓值對電池充電，其電壓與電流變化如圖4. 5 所示，
充電初期電壓較低，電池接受較大電流，隨著電池電量增加電壓亦隨之提升，並 抑制輸入之電流值，當電量接近100%時電壓趨近設定之穩定值。利用此方式充電 需控制輸入電壓於適當值，輸入電流則由電池電量狀態決定，由於充電後期電流 值極低，將電池充飽必須花費較多時間；此外，當電池電量過低時，充電初期可 能輸入過大電流而造成電池溫度過高而損壞電池，故必須限制電流最大值。
(三) 定電壓定電流充電
此方式結合定電壓充電與定電流充電之優點，充電初期採用定電流充電，除 限制電流最大值外，也縮短充電時間，當充電電壓上升至上限值後便採定電壓充 電，以避免過充電，該充電方式之電壓與電流變化如圖4.6 所示。
(四) 浮動充電
浮動充電適用於備用電力系統中，電源與電池及負載並聯，大部分時間負載 電力由外部電源提供，並對電池進行充電以確保其電量在100%之狀態，而當外部 電源電力不足時便由電池供應負載電力，由於電池長期處於充電狀態，相較於循 環使用之充電狀態，必須以較低之電壓進行充電以避免過充電而損壞電池。
(五) 脈衝充電
脈衝充電係每充電短暫時間後作更短時間之休息，隨後再進行短時間充電而 形成規律周期，此短暫休息時間能使電解液濃度分布更均勻，增加電能轉換成化 學能之效率，因此能夠提高充電電流，縮短充電時間，脈衝充電之電壓與電流變
化如圖4.7 所示。
4.3 充電電路之設計
本研究設計之太陽能充電系統直接以太陽能電池對鉛酸電池進行充電，並未 並聯其他電源或電力儲存設備，因此夜間無法進行充電。鉛酸電池充電時必須限 制充電後期之電壓以避免過充電而降低電池容量，因此本研究製做一穩壓電路以 控制充電電壓於定適當範圍內，當充電電壓增加，充電電流便逐漸降低，由於最 大充電電流不超過建議值(4.5A)，故不作額外控制。太陽能電池輸出電壓隨著日照 強度變化而改變，當日照強度不足時太陽能板電壓可能低於鉛酸電池電壓而使鉛 酸電池輸出電流至太陽能模組，因此必須連接防逆流二極體以避免逆向電流造成 太陽能電池損壞，本研究使用之防逆流二極體型號為SR806。電流在順向經過二 極體時電壓會微幅下降，降幅約0.3V 至 0.7V，視二極體種類而定，因此串聯防逆 流二極體會造成太陽能板輸出電壓微幅下降。
本研究使用之穩壓電路為串聯穩壓電路，如圖4.8 所示，此電路由電晶體、電 阻，與Zener 二極體組成，具有負回授控制機制，各元件之功能如圖 4.9 所示，取 樣電路擷取輸出電壓之變化，比較電路則將取樣電路輸出之電壓與參考電壓VZD
進行比較，並送出訊號至控制電路以穩定輸出電壓。輸出電壓Vout受Zener 二極體 之VZD與分壓電阻之電壓控制，因此改變可變電阻之電阻值Rv便可改變輸出電壓 值，本研究所使用之鉛酸電池在循環充電狀況下建議充電電壓值介於2.40V/cell 與 2.50V/cell 之間，因此設定最大充電電壓 Vout約等於43.20V，即建議電壓之下限。
串聯穩壓電路構造簡單，成本低廉且穩定性高，然而電晶體TR1長時間傳輸大電 流且會造成部分電壓損失，因此該電路效率較低。
由於太陽能模組輸出數安培之電流，而單一電晶體TR1之電流增益β1不足以 產生如此電流，因此可將兩個電晶體串聯形成Darlington 電路，如圖 4.11 中 TR1
與TR2之組合，而此電晶體組合之總電流增益即個別電晶體電流增益之乘積：
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(4.5) 由於TR1必須承受大電流，因此必須使用大功率電晶體，並加裝散熱片。在TR1
與之TR2選擇上，本研究使用TIP140 晶片，該晶片內建 Darlington 電路，如圖 4.10 之灰框所示【11】，因此單一TIP140 晶片便包含 TR1與TR2，並且能承受125W 之 最大功率及10A 之集極(collector)電流 IC。穩壓電路其餘電子元件規格如表4.2 所 示，而完成後之穩壓電路如圖4.11 所示。