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充电电压对电池的影响

电动车铅酸电池组充电时,有几个关键参数:

最高充电电压、浮充电压、浮充转换电流、最大充电电流。 它们应该是多少,如何制定,其中最主要的是最高充电电压,多少为好,与析气量、充入电容量和环境温度又是什么关系,对此众说不一,各电池生产厂家的要求也不一样。最高充电电压值相对误差范围是多少,我们不能脱离实际的工作对象,盲目制定出超常规的精度要求。有一个电池厂家定出最高充电电压:44.5V?0.2V,那么它的相对误差精度是多少呢,用0.2除以44.5得出是千分之五,对电池组端电压要这么高的精度是根据什么,请问这家厂,你电池组中每个单格的端电压不均衡误差有这么高精度吗,我们接到某电动车售后服务部门通知:充电器比规定电压高0.1V,电池因此热失控而充胀了;也接到通知说:电压比规定低0.1V,电池欠充,提前报废。一个千分之几的误差造成如此严重后果,真是失之毫厘,谬之千里之外,铅酸电池充电果真有这么神秘吗,为了解开困扰电动车充电中的这个谜团,我们做了如下的实验。

试验装置如图。用一个水槽盛满水,电池放在水中,有一个收集气体用的倒扣的漏斗,漏斗顶端装有一个可以计量气体容量的注射针筒。充电用可调稳压电源,用两只四位半数字万用表计量充电电流和电压。

正好做试验时间是在冬季,水温5?。实验条件是统一用2A电流充电,最高充电电压用43V44V45V轮流循环依次进行,浮充转换电流一律400mA,记录下每次的充电时间,包括充电末期随时间电流下降各点数据、开始析气电压,按时间记录析气量。电池充完电后,用万分之几精度的电量台记录放电容量。充入电量是在计算纸上读出时间电流曲线与坐标之间的面积(电容量就是充电电流对时间的定积分)。数据见表一:

表一

得到试验数据后,使我们最感惊异的是:充入电量的多少几乎与充电电压无关。所有的电池厂家都异口同声说充电电压低电池会充不饱,电池会提前盐化报废,特别是在冬季气温低的时候。我们的试验正好是在冬季,水温5?,试验的中心值是44V,上下偏差1V相对误差是2.3%。在用43V45V充电的情况下,充入电量和放出电量相差无几,与大家公认的看法大相径庭,我们的试验是用同一组电池,同样的充、放电条件,轮番做同样的测试,实验数据重复同样的规律,可排除偶然因素干扰,试验数据是准确可信的。从电池充电原理上看,只要充电源电压高于电池端电压,都会给电

一直到电池中的活性物质转换完成。充电最高电压,也就池充电,

是充电源开始由恒流区转变到恒压区,这种转变是由电池自身充入电量多少、活性物质反应了多少决定的,充电电压的高低,仅是能进行电化学反应的条件,只要高于电池开路电压就会给电池充电,多少物质能参与反应由电池自身决定。从这个思路理解,就不难得出,充电电压高低对电池容量没有多大影响。

表二

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在表二上可以看出,电池在42.5V~43V时开始析气,而析气的速率与充电电压有关。到充电结束时,总析气量与充电最高电压有关,43V45V总析气量相差10倍(注:以单格允许极限失水10克,18格相当240公升气体,该电池45V时失水并不大)。在充电末期电流下降区时,只要降低电压到42.5时,析气立即停止,这时充电电流稍小一点,还会依着原来的规律下降。

这里对浮充电压、浮充电流讨论一下。对于长期处于浮充状态下的铅酸电池组,如后备电源上用的等,对浮充电压要求是严格的。据国外文献,浮充电压有-0.2%的温度系数,浮充电压偏差太大会造成电池盐化。而我们电动车用的电池是属循环使用,不是处于这种状态,不该套用浮充状态使用的条件,充电器设定浮充的目的仅是免于充电末期大量

,只要把电压降到析气点电压以下,但也不能低于电池端电压而停止向电池充析气失水

电。前面说过,在浮充电压下,充电电流的走势基本还是依着原曲线下降,一般还可补足5%的容量。所以浮充电压应在的范围是低于析气电压(42.5V)高于电池充足电

(约40V)。 以后的开路端电压

浮充转换电流,只不过是选择在充电末期电池活性物质反应接近尾声,充电电流自动下降到某一点时,切换浮充电压的记号,不少人以为浮充转换电流高了电池会充不满是概念不清,充电电压只要高于电池端电压,都会对电池充电,只不过是用户看到指示灯红转绿后提前去用电池,这种情况是不多的,一般都是夜间充电,到早晨绿灯已亮了多时。有的厂家在使用说明书上提醒用户,在转绿后继续充电2小时,是很好很正确的。所以没有必要刻意

一般新电池末期电流约50mA,失水以后,酸比增高,那时去追求浮充转换点的高低,

可达500 mA以上。从析气速率与电压的关系上来看(表二),早点脱离析气区为好,一方面可以减少析气量,另一方面,电池用了一段时间,末期电流增高,但还能低于我们设定的转换点电流,否则电池一直在最高电压充电下,大量失水,引发热失控,充胀充坏电池。有人固执地强调,浮充转换点高电池会欠充,前面已讨论过,切换到浮充电压后,不是停

转换电流适当高一点有利于避免过份失水和热失止充电了,还会继续对电池充电的,

控。

至于充电电流的大小设定,先看一下电池制造厂家对10Ah(12 Ah)吸附式小型密封电池对充电时的技术要求,通常规定充电速率不要大于0.3C,相当于4A电流,而充电器充电电流2A左右,远离极限充电电流。充电电流在一定范围内大一点、小一点,充电时间长一点、短一点,没有很高的要求,有10%的误差就行了,充电器中的电流取样电阻精度是5%,电流的精度不会高于此。有一个电池厂家规定充电电流不得超过1.8A,说1.9A就充坏电池,真是可笑之极,这些都是不负责任的电池销售商利用大家不了解这方面的知识,故弄玄虚,推卸责任。

总而言之,不管哪家生产的铅酸阀控吸附式小密封电池,其基本结构是完全一样的,仅极板、框架、渗入的微量元素、浆料配方、硫酸浓度等有些微小差异,而在电化学方面都是一样的,也就是说它们单体的端电压、充电电压、充放电电流密度(动力型的)、开始析气电压点等,不会有显著的差异。一个按照我们前面所讨论的充电器,可适应所有品牌的电池,不存在匹配问题。

结论:1(最高充电电压与充入电量关系不大。

2(浮充电压与充入电量没关系,只要高于电池最大开路端电压,低于开始析气点电压就行了。

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3(浮充转换电流,仅是切换最高充电电压到浮充电压的设定点,不宜过小或过大,与充电量也没关系。

4(充电电流只要不超过0.3C(对10Ah相应为4A)都是允许的,不必要严格要求。

所以,对于36V阀控式吸附式小密封电池组充电参数推荐如下:

压:43.5V ~ 44.8V

浮充转换电流:300mA ~ 500 mA

压:41V ~ 42V

流:2A?20%

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