Kjennskap til elektriske kjøretøyladere og lagringsbatterier

Klassifisering av ladere:

Ladere kan kategoriseres i to hovedtyper basert på om de har en nettfrekvenstransformator (50Hz). Trehjulsykkelladere for gods bruker vanligvis transformatorer med nettfrekvens, noe som resulterer i større, tyngre enheter som bruker mer strøm, men tilbyr pålitelighet og rimelighet. Elektriske sykler og motorsykler, omvendt, bruker såkalte switching-mode strømforsyningsladere, som er mer energieffektive og kostnadseffektive, men utsatt for feil.
Den riktige prosedyren for byttemodusladere er: under lading, koble til batteriet først, deretter strømforsyningen; ved full lading, koble fra strømforsyningen før du tar ut batteripluggen. Å ta ut batteripluggen under lading, spesielt når ladestrømmen er høy (indikert med et rødt lys), kan skade laderen alvorlig.
Vanlige svitsjemodusladere deler seg videre inn i halvbro- og enkeltpulstyper. Enkeltpulsladere er kategorisert som forover- eller flyback-design. Halvbrodesign, selv om det er høyere i pris, tilbyr overlegen ytelse og brukes ofte i ladere som inneholder negative pulser. Flyback-typer, som er mer økonomiske, har en betydelig markedsandel.

Angående negative pulsladere
Bly-syrebatterier har en historie som strekker seg over et århundre. I utgangspunktet fulgte global praksis i stor grad tradisjonelle synspunkter og driftsprosedyrer: lading og utlading med en hastighet på 0,1 C (der C angir batterikapasitet) ble antatt å forlenge levetiden. For å ta tak i hurtigladingsutfordringer publiserte Mr. Max fra USA sine forskningsresultater globalt i 1967. Dette innebar lading med pulsstrømmer som oversteg 1C rate, ispedd utladingsintervaller under ladepauser. Utlading letter polarisasjonsreduksjon, senker elektrolytttemperaturen og forbedrer plateladingsmottakskapasiteten.
Rundt 1969 utviklet kinesiske forskere med suksess flere hurtigladermerker basert på Mr. Max sine tre prinsipper. Ladesyklusen foregikk som følger: høystrøms pulslading → avbryte ladekretsen → kort batteriutlading → stoppe utlading → reetablere ladekretsen → høystrøms pulslading...
Rundt år 2000 ble dette prinsippet tilpasset for elbilladere. Under ladingen forble kretsen uavbrutt, og benyttet en kortslutning med lav motstand for å utlade batteriet øyeblikkelig. Ettersom ladekretsen forble aktiv under kortslutning, ble en induktor seriekoblet i den. Vanligvis varer kortslutningen 3–5 millisekunder i løpet av ett sekund (1 sekund = 1000 millisekunder). Siden strømmen i induktansen ikke kan endres brått, beskytter den korte kortslutningsvarigheten strømkonverteringsdelen av laderen. Hvis ladestrømretningen betegnes som positiv, blir utladningen naturlig negativ. Følgelig utviklet elbilindustrien begrepet "negativ pulslader", og hevdet at det kunne forlenge batterilevetiden og så videre.

Angående tre-trinns ladere
De siste årene har elektriske kjøretøy i stor grad tatt i bruk såkalte tre-trinns ladere. Det første trinnet kalles konstantstrømtrinnet, det andre trinnet med konstant spenning, og det tredje vedlikeholdstrinnet. Fra et elektronisk ingeniørperspektiv er disse mer nøyaktig beskrevet som:
- Første trinn: Begrensetrinn for ladestrøm
- Andre trinn: Høykonstant spenningstrinn
- Tredje trinn: Lavt konstant spenningstrinn Under overgangen mellom andre og tredje trinn endres panelets indikatorlamper tilsvarende. De fleste ladere viser et rødt lys under første og andre trinn, og skifter til grønt under tredje trinn. Denne overgangen mellom trinn bestemmes av ladestrømmen: overskridelse av en viss terskel aktiverer første og andre trinn, mens fall under det utløser det tredje trinnet. Denne terskelstrømmen kalles overgangsstrømmen eller svitsjestrømmen.
Tidlige ladere, inkludert de som ble levert med merkekjøretøyer, selv om de viste indikatorendringer, var faktisk konstant-spennings, strømbegrensede ladere i stedet for ekte tre-trinns enheter. Vanligvis opprettholdt disse en enkelt stabil spenningsverdi rundt 44,2V, noe som var tilstrekkelig for epokens sulfatbatterier med høy spesifikk vekt.
Angående de tre nøkkelparametrene til tre-trinns ladere
Den første kritiske parameteren er den lave konstante spenningsverdien under vedlikeholdsfasen. Den andre er den høye konstante spenningsverdien under den andre fasen. Den tredje er overgangsstrømmen. Disse tre parameterne påvirkes av antall batterier, deres kapasitet (Ah), temperatur og batteritype. For enkel referanse skal vi illustrere bruken av den vanligste tre-trinns laderen for elektriske sykler (tre 12V 10Ah batterier i serie):
Først den lave konstante spenningsverdien under vedlikeholdsfasen, med en referansespenning på omtrent 42,5V. En høyere verdi forårsaker dehydrering av batteriet, og øker risikoen for overoppheting og deformasjon; en lavere verdi hindrer full lading. I sørlige regioner bør denne verdien være under 41,5V; for gelbatterier bør den være under 41,5V, og fortsatt litt lavere i sørlige områder. Denne parameteren er relativt streng og må ikke overskride referanseverdien.
Deretter vurderer du den høye konstante spenningsverdien i det andre trinnet, med en referansespenning på omtrent 44,5V. En høyere verdi forenkler rask full lading, men kan forårsake batteridehydrering, med strømmen som ikke faller tilstrekkelig i den senere ladefasen, noe som resulterer i overoppheting og deformasjon av batteriet. En lavere verdi hindrer rask full lading, men letter overgangen til vedlikeholdsfasen. Selv om den ikke er så strengt regulert som den første verdien, bør den likevel ikke være for høy.

Til slutt, når det gjelder konverteringsstrømmen, er referanseverdien omtrent 300mA. En høyere verdi fordeler batteriets levetid ved å redusere termisk deformasjon, selv om det hindrer rask lading. En lavere verdi (for lekmenn) letter ladingen, men kan på grunn av langvarig høyspentlading forårsake batteridehydrering, noe som kan føre til termisk deformasjon. Spesielt når individuelle celler ikke fungerer, hvis ladestrømmen ikke kan reduseres under terskelstrømmen, kan det skade ellers friske celler. Det spesifiserte referanseområdet tillater avvik på ±50mA eller til og med ±100mA, men må ikke falle under 200mA.
For øyeblikket er det mange billige flyback-ladere tilgjengelig på markedet med høye konstante spenningsverdier på 46,5V, lave konstantspenningsverdier på 41,5V og overgangsstrømmer over 500mA.
For en lader som håndterer fire 12V-batterier (totalt 48V), beregnes de to første parameterne ved å dele de nevnte spenningsreferanseverdiene med tre og multiplisere med fire. Den høye konstante spenningen er omtrent 59,5V, og den lave konstante spenningen er omtrent 56,5V.
Hvis batterikapasiteten overstiger 10Ah, bør den tredje parameteren (nåværende verdi) økes på passende måte. For eksempel kan et 17Ah batteri kreve opptil 500mA.

Batterifeilmekanismer: vannmangel; sulfatering; anode mykgjøring; og utskillelse av aktivt materiale fra anoden.

Gjenoppretting av overlading. Hvis batterilevetiden ikke er et hovedproblem, gir denne gjenopprettingsmetoden umiddelbare resultater. Dyputlading og oppladingssykluser kan øke batterikapasiteten, et globalt anerkjent faktum. Dette kan imidlertid kompromittere batteriets levetid. Tallrike innlegg på dette nettstedet fokuserer utelukkende på hvordan overlading kan konvertere overflate-α-blyoksid til β-blyoksid på den positive platen, og dermed øke kapasiteten. Bruk av denne tilnærmingen under reparasjon risikerer å forårsake irreversibelt kapasitetstap. Noen batterier som returneres til produsenter for oppussing, har blitt behandlet med slike metoder.
Basert på personlig praksis tror jeg at effektiv overutlading og overladingsrestaurering kan gi utmerkede resultater når man strengt begrenser strøm og varighet, og trekker paralleller med platedannelsesprosessen under produksjon. Nøkkelen ligger i skjønn, ikke å bruke omvendt lading jevnt i alle tilfeller. Tenk på et nylig tilfelle: mens jeg besøkte min bekjente Lao Sans butikk, møtte jeg fire 17Ah-batterier som nylig ble fjernet fra en elektrisk motorsykkel. De hadde til hensikt å selge dem (for 120 yuan) til en brukt batterisamler. Jeg frarådet avhending, antydet at reparasjon var mulig, og tok dem tilbake for vurdering. En kort oppsummering følger:
Eksempel tre: De fire nevnte batteriene ble produsert i Changxing, Zhejiang, men ikke av Tianneng. Ettersom de nylig ble fjernet, ble det ikke utført ytterligere testing eller lading. Åpen kretsspenninger var som følger: Enhet 1: 13,42V; Enhet 2: 13,36V; Enhet 3: 13,18V; Enhet 4: 12,4V. Tydeligvis hadde de lite elektrolytter. Etter å ha åpnet dekselet fikk hver celle i de tre første batteriene 6ml pluss ytterligere 4ml elektrolytt, mens celle 4 fikk 6ml pluss 2ml ekstra. Etter å ha hvilet i to timer, startet ladingen ved 10A til å begynne med, redusert til 3A etter to minutter, og deretter byttet til nedtrappingsmodus etter en halvtime. Gassproduksjonen begynte gradvis. Celle 1–3 viste relativt konsistent gassproduksjon i alle avdelinger, mens celle 4 viste gassproduksjon i fem avdelinger på omtrent samme tid. Etter at gassproduksjonen startet, produserte imidlertid avdelingene nær anoden fortsatt ikke betydelige mengder gass. Ladingen opphørte. Kapasitetstesting avslørte at cellene 1–3 nærmet seg den nye tilstanden, mens celle 4 kun ga 1,5 Ah. Tilsett 4 milliliter vann til hver celle i cellene 1–3, og lad deretter i trinn til alle cellene produserer gass. Lad celle 4 separat i én time, utlad deretter ved 5A. Overvåk terminalspenningen: det tok 20 minutter å falle fra 13,2V til 10,5V, og mindre enn 5 minutter å nå 8,32V. Fortsett utladingen ved 5A, og hold rundt 8,15V i én time før du stopper testen. Hvorfor stoppe? Konklusjonen kom: cellen ved siden av anoden var defekt, med en kapasitet på omtrent 1,5 Ah. En kort teoretisk forklaring: 20-minutters fall fra 13,2V til 10,5V viste at den defekte cellen (allerede betydelig under 1,7V) hadde mindre enn 1,5Ah kapasitet. Ved å fortsette 5A-utladningen falt den defekte cellen til 0V. De resterende fem friske cellene (10V) reversladet den defekte cellen. Da den defekte cellen nådde nesten 2V i omvendt ladning, stabiliserte den seg i en lengre periode. Batteripolspenningen tilsvarte summen av de fem friske cellene minus reversspenningen til den defekte cellen: 10V - 2V = 8V. Ytterligere utslipp er unødvendig, da det ville skade de fem gode cellene. For å identifisere den defekte cellen: disse batteriene har betydelig mindre elektrolyttfyllingsporter enn 10Ah-enheter. Ved hjelp av et hjemmelaget blybelagt verktøy kan den defekte cellen bestemmes i løpet av sekunder. I dette tilfellet viste fem celler gassutvikling, mens cellen nær anoden ikke gjorde det. Testing bekreftet at denne cellen var defekt, med delvis celleseparasjon. Isolert behandling gjenopprettet denne cellen til 10Ah kapasitet. Reparasjonen er nå fullført. Celle 1–3 viser nesten ny kapasitet, mens celle 4 når 10Ah (de fem funksjonelle cellene samsvarer samlet med den nesten nye kapasiteten til celle 1–3).

Metode for kontroll av sulfatering uten å åpne dekselet
Her er en metode for å bestemme sulfatering uten å åpne batteriet: Lad batteriet ved hjelp av en justerbar konstantstrømkilde satt til ca. 0,05C. Merk at sulfatering er indikert av følgende forhold. Ta et 12V-batteri som et eksempel: startspenningen overstiger 15V (med et større avvik som indikerer mer alvorlig sulfatering), og etter hvert som ladetiden øker, synker spenningen og nærmer seg 15V. Hvis det byttes til konstant spenningslading, vil strømmen vise en økende trend. Dette er basert på min praktiske erfaring, mens standardlitteratur vanligvis bare nevner symptomer som overdreven varmeutvikling, for tidlig gassutvikling og redusert kapasitet. Jeg har demonstrert denne diagnosemetoden på stedet for flere besøkende universitetsstudenter som spesialiserer seg på feltet, og sammenlignet blybatterier med varierende grader av sulfatering. Den justerbare konstantstrømkilden er designen min fra 1978, "New Star Multifunctional Charger", inkludert i vedlegget til læreboken min Black and White Television Installation. Opprinnelig ved å bruke en 36V transformator med diskrete lineære komponenter, ble den senere oppgradert til en integrert krets lineær design med elektronisk bryterkontrollert konstantstrøm.

Vurdere vanntapet uten å åpne dekselet

Å bestemme vanntap uten å åpne dekselet krever to samtidige forhold: 1) Åpen kretsspenningen til et 12V batteri overstiger 13,2V. 2) Redusert kapasitet. Selv grunnskoleelever kan forstå disse prinsippene. Den underliggende teorien involverer to nøkkelpunkter: 1) Åpen kretsspenning korrelerer med svovelsyrekonsentrasjon; vanntap øker syrekonsentrasjonen, øker terminalspenningen. 2) Vanntap senker elektrolyttnivået, reduserer mengden av reagerende materiale og reduserer kapasiteten. Ytterligere avklaring om forhold: De nevnte verdiene refererer til åpen kretsspenning til et 12V elbilbatteri en halv time etter lading. For bilbatterier bør verdiene være lavere. Selv for batterier til elektriske kjøretøy er merket viktig - for eksempel har Panasonic-batterier lavere verdier på grunn av deres lavere svovelsyrespesifikke vekt sammenlignet med Zhejiang Changxing-batterier. Den sier også at man ikke skal være dogmatisk: for eksempel har et batteri med tilsynelatende standardspenning, men lav kapasitet, typisk fem celler som mangler vann, med en celle delvis løsrevet.

Uopprettelige standarder
Uopprettelige standarder (for batterier med normal bruk og blysulfatering):
1.  Uopprettelig hvis den viser ekstern deformasjon, sprekker eller lekkasje.
2.  Uopprettelig hvis den viser intern havari, mekanisk skade eller overladede plater som blir kullsvarte; karakteristiske symptomer: spenningen stiger raskt under lading og synker betydelig etter å ha stått.
3.  Uopprettelig hvis den viser dårlig CEL (Cell Error Light), enkeltcellesvikt eller intern selvutladning. (For avtakbare batterier på gaffeltrucker kan individuelle celler skiftes ut og batteriet gjenopprettes.)