认识智能充电过程（一）

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认识智能电动车充电器及充电过程（一）
电动车充电器是专门为电动自行车的配置的一个充电设备！电动车普遍使用了所谓三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段，第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫涓流阶段。
基本概念
　电动车充电器分类： 用有、无工频（50赫兹）变压器区分，可分为两大类。货运三轮充电器一般使用带工频变压器的充电机，体积大、重量大，费电，但是可靠，便宜；电动车和电摩则使用所谓开关电源式
充电器，省电，效率高，但是易坏。
　　开关电源式充电器的正确操作是：充电时，先插电池，后加市电；充足后，先切断市电，后拔电池插头。如果在充电时先拔电池插头，特别是充电电流大（红灯）时，非常容易损坏充电器。
　　常用的开关电源式充电器又分半桥式和单激式两大类，单激类又分为正激式和反激式两类。半桥式成本高，性能好，常用于带负脉冲的充电器；单激式成本低，市场占有率高。
负脉冲充电器
铅酸电池已经有100多年的历史了，开始全球普遍沿引老的观点和操作规程：充、放电率为0.1C(C是电池 容量)寿命较长。用大于1C率脉冲电流充电，充电间歇时对电池放电。放电有利于消除极化、降低电解液温度、提高极板接受电荷的能力。
　　我国一些科技工作者在1969年前后，根据麦斯先生的三定律制作成功了多种品牌的快速充电机。充电循环过程是：大电流脉冲充电→切断充电通路→对电池短暂放电→停止放电→接通充电通路→大电流脉冲充电……
　　2000年前后，有人将这一原理用到了电动车充电器中，充电过程中，不切断充电通路，用小电阻将电池短路瞬间，进行放电。短路时由于不切断充电通路，在充电通路中串连了电感。一般在1秒内短路3－5毫秒（1秒=1000毫秒），由于电感里的电流不能跳变，短路时间短促，可以保护充电器的电源转换部分。如果把充电电流方向叫正，放电自然为负了，电动车业就出现了名词“负脉冲充电器”，而且称可以延长电池寿命等等。
三段式充电器
　　从电子技术角度针对电池而言：第一个阶段叫充电限流阶段，第二个阶段叫高恒压阶段，第三个阶段叫低恒压阶段比较贴切。第二阶段和第三阶段转换时，面板指示灯相应变换，大多数充电器第一、二阶段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的，大于某电流进入第一第二阶段，小于某电流进入第三阶段。这个电流叫转换电流，也叫转折电流。
　　早期充电器，，虽然也变灯，但实际是恒压限流充电器，并不是三阶段充电器。一般这类就一个稳定电压值，44.2V左右，对当时的高比重硫酸的电池还凑合。
　　关于三段式充电器的三个关键参数
　　第一个重要参数是涓流阶段的低恒压值，第二个重要参数是第二阶段的高恒压值，第三个重要参数是转换电流。这三个重要参数与电池数目有关，与电池的容量Ah有关，与温度有关，与电池种类有关。为了方便大家记忆，下面以最常见的电动自行车（三块12V串联的10Ah电池）所用的三段式充电器为例简单介绍一下：
　　首先讨论涓流阶段的低恒压值，参考电压为42.5V左右。此值高将使电池失水，容易使电池发热变形；此值低不利于电池充足电。此值在南方要低于41.5V；胶体电池要低于41.5V，如在南方还要低一点儿。这个参数是相对严格的，不可以大于参考值。
　　其次讨论第二阶段的高恒压值，参考电压为44.5V左右。此值高有利于快速充足电，但是容易使电池失水，充电后期电流下不来，结果使电池发热变形；此值低不利于电池快速充足电，有利于向涓流阶段转换。这个值虽然没有第一个值那样严格，但是也不要过高。
　　最后讨论转换电流，参考电流为300毫安左右。此值高有利于电池寿命，不容易发热变形，但不利于电池快速充足电；此值低（对外行）有利于充足电，但是由于较长时间高电压充电，容易使电池失水，使电池发热变形。特别个别电池出现问题时，充电电流降不到转折电流以下时，会连累好电池也被充坏。给出的参考值有一定范围，正负50毫安甚至100毫安都是允许的，但是不允许小于200毫安。
　　目前，市场上出现了很多高恒压值为46.5V、低恒压值为41.5V、转折电流大于500毫安的反激式廉价充电器。
　　如果是四块12V电池的充电器即48V充电器，前两个参数为前述电压参考值除以三乘以四。高恒压值为59.5V左右、低恒压值为56.5V左右。
　　电池如果比10Ah大，将第三个参数电流值适当增大，例如17Ah电池可大到500毫安。
　　买新充电器要检查三段式充电器的三个重要参数，用户一般可以自己测得第三阶段的低恒压值。方法是，不接电池，给充电器加市电，用数字万用表的200V直流电压档测充电器的输出电压。另两个参数高恒压值和转折电流一般需要专用工具才能测得。
　　再补充一些正确的充电方法：1，变绿灯后再接着充2－3小时。2，原则是浅放（电）勤充（电），每次用到50%以后再充电，不要充电太频繁这样会缩短电池寿命 3，长期不骑，要定期（1个月）充电一次。4，长期浅放的电池，3个月左右，作一次深放电，就是所谓放光再充电，有利于电池深部的长期不动的物质的活化。放光的意思是，骑到控制器电池欠压保护动作为止。
　　需要提醒客户几点：1，一般新电池投入使用8－10个月后，要对电池进行检查和维护。2，一般名牌车配套的充电器是经过筛选的，通常不用测试，但是单独到市场上采购的非配套充电器，一定要进行前述三个参数的测试。3，有一种不带工频变压器的可控硅充电机，直接整流市电为电池充电，电流可到30A，电压12V－80V可调，未彻底切断市电前，千万不要摸电池，货运三轮使用这类充电机的客户特别要注意安全。
智能式充电器的特点（充电器与电池的关系）
　　特点：能够有效延长铅酸电池的使用寿命+
原理：铅酸电池损坏的主要原因及解决方案

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    认识智能电动车充电器及充电原理（二）
铅酸电池损坏的四大原因
　　①失水 ②硫化 ③失衡 ④热失控（充鼓）
　　前两者①、②占了目前市场上电池损坏的97%。
　　（1）分析①：铅酸电池失水的主要原因
　　铅酸电池中的电解液像人体中的血液一样宝贵，电解液一旦丧失，就意味着电池报废了。电解液是由稀硫酸和水组成的。充电过程中，难以避免失水，充电模式不一样，失水也不一样。普通三段式充电模式，充电过程中的失水量是智能脉冲模式的二倍以上！电池除了自然寿命外还有一个失水寿命：单只电池失水超过90克，电池就报废了。在常温下（25℃），普通充电器的失水量约为0.25克，而智能式充电脉冲为0.12克。在高温下（35℃），普通充电器的失水量为0.5克，而智能充电脉冲为0.23克。按此计算，普通充电器在250次循环后水分充干，而新式三段脉冲在600次循环后水分才会充干。因此，智能脉冲能延长电池一倍以上的寿命。
　　铅酸蓄电池在充电过程中的最大问题是析气。
　　根据美国科学家(J.A.Mas) 对铅酸电池充电过程中析气原因和规律的研究，为达到最低析气率，铅酸电池能够接受充电电流如下：
　　临界析气曲线的公式为：I=I0e-at %h^2
　　在充电过程中，充电电流超过临界析气曲线的部分，只能导致蓄电池电解水反应而产生气体和升温，不能提高电池的容量
　　① 恒流充电阶段，充电电流保持恒定，充入电量快速增加，电压上升；
　　② 恒压充电阶段，充电电压保持恒定，充入电量继续增加，充电电流下降；
　　③ 蓄电池充满，电流下降到低于浮充转换电流，充电电压降低到浮充电压；
　　④ 浮充充电阶段，充电电压保持为浮充电压；
　　普通三阶段充电第一阶段为恒流充电，这主要是考虑到电路的设计比较方便，并非为使蓄电池性能最佳而设计。
　　按照铅酸蓄电池充电析气过程，普通三阶段充电过程的析气情况是：　　恒流充电段后期和恒压充电前期，电流超过临界析气范围，造成蓄电池析气，引起寿命下降。
　　超过临界析气范围的电流仅使蓄电池产生气体和温升，未转化为电池电量，充电效率也因此降低。
解决①：脉冲解决失水的方案
　　智能式脉冲恒动率阶段的时间，比普通充电器恒流+恒压阶段要缩短了近一个小时，而这一个小时的高压段充电是水分散发的关键时刻。智能脉冲以电压参数为转灯依据，转灯进入智能脉冲很准确，而普通充电器以电流参数为转灯依据，一旦电池硫化，内阻加大，充电电流也加大，很难达到转灯电流，很容易造成高压段长时间充电，加速水解。
　　（2）分析②：铅酸电池硫化的原因
　　电池长期滞留，充电过程中的长期过充和欠充，使用过程中的大电流放电，极易造成电池的硫化。它的表象为：一放就光，一充就饱，我们把它叫做电池的“假损坏”。硫化物质硫酸盐粘附在极板上，缩减了电解液与极板的反应面积，使电池容量迅速衰减。失水会加重电池的硫化；硫化又会加重电池的失水，易形成恶性循环。
　　解决②：智能脉冲解决硫化的方案
　智能脉冲运用智能脉冲中的尖峰脉冲，可以击碎硫酸铅结晶的晶核，使之难以形成硫酸盐。
　　智能脉冲充电器：①恒功率、②智能脉冲、③滴充
　　普通三段式：①恒流、②恒压、③浮充
　　（3）分析③：铅酸电池的失衡问题
　　一组电池由三到四只组成。由于制造工艺问题，无法做到每只电池的绝对平衡，普通充电器使用平均电流，使容量小的单只电池最先充满，并形成过充，放电时，这只容量小的电池最先放完，并形成过放。长期如此，恶性循环，使整组电池出现单只落后，从而使整组电池报废。三段式充电器的浮充阶段，有500mA的小电流，它的作用是补偿充电，让电池充饱。但它也带来两个副作用:1、充饱后，多余的电流没有关断，电能转化为热能，进行水分解，加速水份的散发；2、小电流充电，产生的电流分叉很大，更容易造成电池组的不平衡。
　　解决③：智能脉冲解决电池组失衡方案
　　智能脉冲的失水量是普通充电器的三分之一，失水量少，则电池组电压差会小；反之，失水量大，则电池组电压差大。随着失水量的加大，硫化也会加重，而普通充电器没有去除硫化功能，所以电池组失衡严重。智能脉冲在充电时，失水量少，电池组电压差也小，当电池产生硫化后，能用脉冲去除，使整组电池趋向平衡。智能脉冲恒功率阶段的电流较大，作用是:1、快速充电，节省充电时间；2、激活电池极板，消除电池钝化现象，恢复电池容量，使整组电池的容量趋于平衡。滴充阶段，能消除电流分叉的影响，对欠充电池滴充，充满后自动关断，减少水分解，保持电池组的平衡。
　　（4）分析④：铅酸电池的热失控问题
　　蓄电池变形不是突发的，往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的80%，左右进入高电压充电区，这时，在正极板上先析出氧气，氧气通过隔板中的孔，到达负极，在负极板上进行氧复活反应：2Pb+O2（氧气）=2PbO+Q（热量）；PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+Q（热量）。反应时产生热量，当充电容量达到90%时，氧气发生速度增大，负极开始产生氢气，大量气体的增加使蓄电池内压超过阀压，安全阀打开，气体逸出，最终表现为失水。2H2O=2H2↑+O2↑。随着蓄电池循环次数的增加，水分逐渐减少，结果蓄电池出现如下情况：
　　⑴ 氧气“通道”变得畅通，正极产生的氧化很容易通过“通道”到达负极；
　　⑵ 热容减小，在蓄电池中热容量最大的是水，水损失后，蓄电池热容大大减小，产生的热量使蓄电池温度升高很快；
⑶ 由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负极板的附着力变差，内阻增大，充放电过程中发热量加大。经过上述过程，蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热，如散热量小于发热量，即出现温度上升现象。温度上升，使蓄电池析气过电位降低，析气量增大，正极大量的氧化通过“通道”，在负极表面反应，发出大量的热量，使温度快速上升，形成恶性循环，即所谓的“热失控”。
值得一提的是，现在市场上出售很多假“智能”充电器，价格低廉，实际上在充电过程中，难以起到智能作用。最好还是买正规生产厂家的产品。

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好，非常不错，顶起

焦天池

学习了，谢谢。

辛飞

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成和维修

学习了，谢谢分享。。

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谢谢分享谢谢了

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辛飞 发表于 2011-12-9 11:48

                               
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文才不错。

呵呵，不是我的文才，学习别人经验来供大家参考。

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学习了，谢谢。