Pengetahuan tentang Pengecas Kenderaan Elektrik dan Bateri Penyimpanan

Klasifikasi Pengecas:

Pengecas boleh dikategorikan kepada dua jenis utama berdasarkan sama ada ia menggabungkan pengubah frekuensi utama (50Hz). Pengecas basikal roda tiga pengangkutan biasanya menggunakan transformer dengan frekuensi sesalur, menghasilkan unit yang lebih besar dan lebih berat yang menggunakan lebih banyak kuasa namun menawarkan kebolehpercayaan dan kemampuan. Basikal elektrik dan motosikal, sebaliknya, menggunakan apa yang dipanggil pengecas bekalan kuasa mod pensuisan, yang lebih cekap tenaga dan kos efektif tetapi terdedah kepada kegagalan.
Prosedur yang betul untuk pengecas mod pensuisan ialah: semasa mengecas, sambungkan bateri dahulu, kemudian bekalan kuasa; apabila dicas penuh, putuskan sambungan bekalan utama sebelum menanggalkan palam bateri. Menanggalkan palam bateri semasa mengecas, terutamanya apabila arus pengecasan tinggi (ditunjukkan oleh lampu merah), boleh merosakkan pengecas dengan teruk.
Pengecas mod pensuisan biasa dibahagikan lagi kepada jenis separuh jambatan dan nadi tunggal. Pengecas nadi tunggal dikategorikan sebagai reka bentuk hadapan atau flyback. Reka bentuk separuh jambatan, walaupun kosnya lebih tinggi, menawarkan prestasi unggul dan kerap digunakan dalam pengecas yang menggabungkan denyutan negatif. Jenis flyback, yang lebih menjimatkan, memegang bahagian pasaran yang ketara.

Berkenaan Pengecas Nadi Negatif
Bateri asid plumbum mempunyai sejarah yang menjangkau lebih satu abad. Pada mulanya, amalan global sebahagian besarnya mematuhi pandangan tradisional dan prosedur operasi: mengecas dan menyahcas pada kadar 0.1C (di mana C menandakan kapasiti bateri) dipercayai dapat memanjangkan jangka hayat. Untuk menangani cabaran pengecasan pantas, Encik Max dari Amerika Syarikat menerbitkan penemuan penyelidikannya secara global pada tahun 1967. Ini melibatkan pengecasan dengan arus nadi melebihi kadar 1C, diselangi dengan selang nyahcas semasa jeda pengecasan. Penyahcasan memudahkan pengurangan polarisasi, menurunkan suhu elektrolit, dan meningkatkan kapasiti penerimaan cas plat.
Sekitar tahun 1969, saintis China berjaya membangunkan pelbagai jenama pengecas pantas berdasarkan tiga prinsip Encik Max. Kitaran pengecasan berjalan seperti berikut: pengecasan nadi arus tinggi → mengganggu litar pengecasan → nyahcas bateri ringkas → menghentikan nyahcas → menetapkan semula litar pengecasan → mengecas nadi arus tinggi...
Sekitar tahun 2000, prinsip ini telah disesuaikan untuk pengecas kenderaan elektrik. Semasa mengecas, litar kekal tidak terganggu, menggunakan litar pintas rintangan rendah untuk menyahcas bateri seketika. Memandangkan litar pengecasan kekal aktif semasa litar pintas, induktor disambungkan bersiri di dalamnya. Biasanya, litar pintas bertahan 3–5 milisaat dalam satu saat (1 saat = 1000 milisaat). Oleh kerana arus dalam kearuhan tidak boleh berubah secara mendadak, tempoh litar pintas yang singkat melindungi bahagian penukaran kuasa pengecas. Jika arah arus pengecasan diistilahkan positif, nyahcas secara semula jadi menjadi negatif. Akibatnya, industri kenderaan elektrik mencipta istilah 'pengecas nadi negatif,' mendakwa ia boleh memanjangkan hayat bateri dan sebagainya.

Berkenaan Pengecas Tiga Peringkat
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kenderaan elektrik telah menggunakan secara meluas apa yang dipanggil pengecas tiga peringkat. Peringkat pertama dipanggil peringkat arus malar, peringkat kedua tahap voltan malar, dan peringkat ketiga tahap titisan. Dari perspektif kejuruteraan elektronik, ini diterangkan dengan lebih tepat sebagai:
- Peringkat pertama: Tahap pengehad arus cas
- Peringkat kedua: Peringkat voltan malar tinggi
- Peringkat ketiga: Peringkat voltan malar rendah Semasa peralihan antara peringkat kedua dan ketiga, lampu penunjuk panel bertukar dengan sewajarnya. Kebanyakan pengecas memaparkan lampu merah semasa peringkat pertama dan kedua, bertukar kepada hijau semasa peringkat ketiga. Peralihan antara peringkat ini ditentukan oleh arus pengecasan: melebihi ambang tertentu mengaktifkan peringkat pertama dan kedua, manakala jatuh di bawahnya mencetuskan peringkat ketiga. Arus ambang ini dipanggil arus peralihan atau arus pensuisan.
Pengecas awal, termasuk yang dibekalkan dengan kenderaan berjenama, walaupun menunjukkan perubahan penunjuk, sebenarnya adalah pengecas voltan malar, terhad semasa dan bukannya unit tiga peringkat sebenar. Biasanya, ini mengekalkan satu nilai voltan stabil sekitar 44.2V, yang mencukupi untuk bateri sulfat graviti spesifik tinggi pada era itu.
Mengenai tiga parameter utama pengecas tiga peringkat
Parameter kritikal pertama ialah nilai voltan malar rendah semasa fasa titisan. Yang kedua ialah nilai voltan malar yang tinggi semasa fasa kedua. Yang ketiga ialah arus peralihan. Ketiga-tiga parameter ini dipengaruhi oleh bilangan bateri, kapasiti (Ah), suhu dan jenis bateri. Untuk memudahkan rujukan, kami akan menggambarkan menggunakan pengecas tiga peringkat yang paling biasa untuk basikal elektrik (tiga bateri 12V 10Ah dalam siri):
Pertama, nilai voltan malar rendah semasa fasa titisan, dengan voltan rujukan kira-kira 42.5V. Nilai yang lebih tinggi menyebabkan dehidrasi bateri, meningkatkan risiko terlalu panas dan ubah bentuk; nilai yang lebih rendah menghalang pengecasan penuh. Di kawasan selatan, nilai ini hendaklah di bawah 41.5V; untuk bateri gel, ia hendaklah di bawah 41.5V, dan masih rendah sedikit di kawasan selatan. Parameter ini agak ketat dan tidak boleh melebihi nilai rujukan.
Seterusnya, pertimbangkan nilai voltan malar tinggi pada peringkat kedua, dengan voltan rujukan kira-kira 44.5V. Nilai yang lebih tinggi memudahkan pengecasan penuh pantas tetapi boleh menyebabkan dehidrasi bateri, dengan arus gagal berkurangan secukupnya dalam fasa pengecasan kemudian, mengakibatkan bateri menjadi terlalu panas dan ubah bentuk. Nilai yang lebih rendah menghalang pengecasan penuh pantas tetapi memudahkan peralihan ke peringkat titisan. Walaupun tidak dikawal selia dengan ketat seperti nilai pertama, nilai itu sepatutnya tidak terlalu tinggi.

Akhir sekali, mengenai arus penukaran, nilai rujukan adalah lebih kurang 300mA. Nilai yang lebih tinggi memanfaatkan jangka hayat bateri dengan mengurangkan ubah bentuk haba, walaupun ia menghalang pengecasan pantas. Nilai yang lebih rendah (untuk orang awam) memudahkan pengecasan tetapi, disebabkan pengecasan voltan tinggi yang berpanjangan, boleh menyebabkan dehidrasi bateri, yang membawa kepada ubah bentuk haba. Terutamanya apabila sel individu tidak berfungsi, jika arus pengecasan tidak dapat dikurangkan di bawah arus ambang, ia mungkin merosakkan sel yang sihat. Julat rujukan yang ditentukan membenarkan sisihan ±50mA atau ±100mA, tetapi tidak boleh jatuh di bawah 200mA.
Pada masa ini, banyak pengecas flyback kos rendah tersedia di pasaran yang menampilkan nilai voltan malar tinggi 46.5V, nilai voltan malar rendah 41.5V, dan arus peralihan melebihi 500mA.
Untuk pengecas yang mengendalikan empat bateri 12V (jumlah 48V), dua parameter pertama dikira dengan membahagikan nilai rujukan voltan yang disebutkan di atas dengan tiga dan mendarab dengan empat. Voltan malar tinggi adalah lebih kurang 59.5V, dan voltan malar rendah adalah lebih kurang 56.5V.
Jika kapasiti bateri melebihi 10Ah, parameter ketiga (nilai semasa) perlu ditingkatkan dengan sewajarnya. Sebagai contoh, bateri 17Ah mungkin memerlukan sehingga 500mA.

Mekanisme kegagalan bateri: kehabisan air; sulfasi; pelembutan anod; dan penumpahan bahan aktif dari anod.

Pemulihan caj berlebihan. Jika jangka hayat bateri bukan kebimbangan utama, kaedah pemulihan ini memberikan hasil serta-merta. Kitaran nyahcas dan cas semula dalam boleh meningkatkan kapasiti bateri, fakta yang diiktiraf secara global. Walau bagaimanapun, ini boleh menjejaskan jangka hayat bateri. Banyak siaran di laman web ini tertumpu semata-mata pada cara pengecasan berlebihan boleh menukar oksida α-plumbum permukaan kepada oksida β-plumbum pada plat positif, dengan itu meningkatkan kapasiti. Menggunakan pendekatan ini semasa risiko pembaikan menyebabkan kehilangan kapasiti yang tidak dapat dipulihkan. Sesetengah bateri yang dikembalikan kepada pengilang untuk diperbaharui telah dirawat menggunakan kaedah sedemikian.
Berdasarkan amalan peribadi, saya percaya bahawa pemulihan lebihan dan lebihan cas yang berkesan boleh menghasilkan hasil yang sangat baik apabila mengehadkan arus dan tempoh dengan ketat, melukis selari dengan proses pembentukan plat semasa pembuatan. Kuncinya terletak pada kebijaksanaan, tidak menggunakan pengecasan terbalik secara seragam dalam semua kes. Pertimbangkan kes baru-baru ini: semasa melawat kedai kenalan saya Lao San, saya terjumpa empat bateri 17Ah yang baru dikeluarkan dari motosikal elektrik. Mereka berhasrat untuk menjualnya (dengan harga 120 yuan) kepada pengumpul bateri terpakai. Saya menasihatkan supaya tidak dilupuskan, mencadangkan pembaikan boleh dilaksanakan, dan membawanya semula untuk penilaian. Ringkasan ringkas berikut:
Contoh Tiga: Empat bateri yang disebutkan di atas telah dikeluarkan di Changxing, Zhejiang, walaupun bukan oleh Tianneng. Memandangkan ia baru dikeluarkan, tiada ujian atau pengecasan tambahan dilakukan. Voltan litar terbuka adalah seperti berikut: Unit 1: 13.42V; Unit 2: 13.36V; Unit 3: 13.18V; Unit 4: 12.4V. Jelas sekali, mereka kekurangan elektrolit. Selepas membuka selongsong, setiap sel dalam tiga bateri pertama menerima 6ml ditambah 4ml elektrolit tambahan, manakala sel 4 menerima 6ml ditambah 2ml tambahan. Selepas berehat selama dua jam, pengecasan bermula pada 10A pada mulanya, dikurangkan kepada 3A selepas dua minit, kemudian beralih kepada mod langkah turun selepas setengah jam. Pengeluaran gas secara beransur-ansur bermula. Sel 1–3 mempamerkan pengeluaran gas yang agak konsisten merentas semua petak, manakala sel 4 menunjukkan pengeluaran gas dalam lima petak pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, selepas pengeluaran gas bermula, petak berhampiran anod masih tidak menghasilkan sejumlah besar gas. Pengecasan dihentikan. Ujian kapasiti mendedahkan bahawa sel 1–3 menghampiri keadaan baharu, manakala sel 4 hanya menghasilkan 1.5Ah. Tambah 4 mililiter air ke setiap sel sel 1–3, kemudian cas mengikut langkah sehingga semua sel menghasilkan gas. Cas sel 4 secara berasingan selama satu jam, kemudian nyahcas pada 5A. Pantau voltan terminal: ia mengambil masa 20 minit untuk turun daripada 13.2V kepada 10.5V, dan kurang daripada 5 minit untuk mencapai 8.32V. Teruskan nyahcas pada 5A, mengekalkan sekitar 8.15V selama satu jam sebelum menghentikan ujian. Kenapa berhenti? Kesimpulannya muncul: sel yang bersebelahan dengan anod rosak, dengan kapasiti kira-kira 1.5Ah. Penjelasan teori ringkas: penurunan 20 minit daripada 13.2V kepada 10.5V menunjukkan sel rosak (sudah jauh di bawah 1.7V) mempunyai kapasiti kurang daripada 1.5Ah. Meneruskan nyahcas 5A, sel yang rosak turun kepada 0V. Baki lima sel sihat (10V) mengecas balik sel yang rosak. Apabila sel yang rosak mencapai hampir 2V dalam cas terbalik, ia stabil untuk tempoh yang lama. Voltan terminal bateri menyamai jumlah lima sel sihat tolak voltan terbalik sel rosak: 10V - 2V = 8V. Pelepasan selanjutnya tidak diperlukan, kerana ia akan merosakkan lima sel yang baik. Untuk mengenal pasti sel yang rosak: bateri ini mempunyai port pengisian elektrolit yang jauh lebih kecil daripada unit 10Ah. Menggunakan alat bersalut plumbum buatan sendiri, sel yang rosak boleh ditentukan dalam beberapa saat. Dalam kes ini, lima sel mempamerkan evolusi gas, manakala sel berhampiran anod tidak. Ujian mengesahkan sel ini rosak, dengan pemisahan sel separa. Rawatan terpencil memulihkan sel ini kepada kapasiti 10Ah. Pembaikan kini selesai. Sel 1–3 mempamerkan kapasiti hampir baharu, manakala Sel 4 mencapai 10Ah (lima sel berfungsi secara kolektif sepadan dengan kapasiti hampir baharu Sel 1–3).

Kaedah untuk memeriksa sulfasi tanpa membuka penutup
Berikut ialah kaedah untuk menentukan sulfasi tanpa membuka bateri: Cas bateri menggunakan sumber arus malar boleh laras yang ditetapkan kepada kira-kira 0.05C. Perhatikan bahawa sulfasi ditunjukkan oleh keadaan berikut. Mengambil bateri 12V sebagai contoh: voltan awal melebihi 15V (dengan sisihan yang lebih besar menunjukkan sulfasi yang lebih teruk), dan apabila masa pengecasan meningkat, voltan berkurangan, menghampiri 15V. Jika ditukar kepada pengecasan voltan malar, arus akan menunjukkan arah aliran yang semakin meningkat. Ini berdasarkan pengalaman praktikal saya, manakala kesusasteraan standard biasanya hanya menyebut simptom seperti penjanaan haba yang berlebihan, evolusi gas pramatang dan kapasiti berkurangan. Saya telah menunjukkan kaedah diagnostik ini di tapak kepada beberapa pelajar universiti yang melawat pakar dalam bidang itu, membandingkan bateri asid plumbum dengan pelbagai darjah sulfasi. Sumber arus malar boleh laras ialah reka bentuk tahun 1978 saya, 'Pengecas Pelbagai Fungsi Bintang Baru', disertakan dalam lampiran buku teks saya Pemasangan Televisyen Hitam Putih. Pada asalnya menggunakan pengubah 36V dengan komponen linear diskret, ia kemudiannya dinaik taraf kepada reka bentuk linear litar bersepadu dengan arus malar terkawal suis elektronik.

Menilai kehilangan air tanpa membuka selongsong

Menentukan kehilangan air tanpa membuka penutup memerlukan dua keadaan serentak: 1) Voltan litar terbuka bateri 12V melebihi 13.2V. 2) Kapasiti berkurangan. Malah murid sekolah rendah boleh memahami prinsip ini. Teori asas melibatkan dua perkara utama: 1) Voltan litar terbuka berkorelasi dengan kepekatan asid sulfurik; kehilangan air meningkatkan kepekatan asid, meningkatkan voltan terminal. 2) Kehilangan air merendahkan paras elektrolit, mengurangkan jumlah bahan bertindak balas dan kapasiti berkurangan. Penjelasan lanjut tentang syarat: Nilai yang disebutkan di atas merujuk kepada voltan litar terbuka bateri kenderaan elektrik 12V setengah jam selepas dicas. Untuk bateri automotif, nilainya harus lebih rendah. Malah untuk bateri kenderaan elektrik, jenama itu penting—contohnya, bateri Panasonic mempunyai nilai yang lebih rendah kerana graviti tentu asid sulfuriknya yang lebih rendah berbanding bateri Zhejiang Changxing. Ia juga menyatakan bahawa seseorang itu tidak seharusnya bersikap dogmatik: sebagai contoh, bateri dengan voltan yang kelihatan standard tetapi kapasiti rendah biasanya mempunyai lima sel kekurangan air, dengan satu sel tertanggal sebahagian.

Piawaian Tidak Boleh Diperbaiki
Piawaian yang tidak boleh diperbaiki (untuk bateri dengan penggunaan biasa dan sulfasi plumbum):
1.  Tidak boleh diperbaiki jika menunjukkan ubah bentuk luaran, retak atau kebocoran.
2.  Tidak boleh diperbaiki jika menunjukkan kerosakan dalaman, kerosakan mekanikal atau plat yang dicas berlebihan bertukar menjadi karbon hitam; gejala ciri: voltan meningkat dengan cepat semasa mengecas dan turun dengan ketara selepas berdiri.
3.  Tidak boleh diperbaiki jika menunjukkan CEL (Cahaya Ralat Sel) yang lemah, kegagalan sel tunggal atau pelepasan diri dalaman. (Untuk bateri boleh tanggal pada forklift, sel individu boleh diganti dan bateri dipulihkan.)