Elektromos járműtöltők és tároló akkumulátorok ismerete

A töltők osztályozása:

A töltők két fő típusba sorolhatók az alapján, hogy tartalmaznak-e hálózati frekvenciájú (50 Hz) transzformátort. A teherszállító tricikli-töltők általában hálózati frekvenciájú transzformátorokat alkalmaznak, így nagyobb, nehezebb egységek készülnek, amelyek több energiát fogyasztanak, ugyanakkor megbízhatóságot és megfizethetőséget kínálnak. Az elektromos kerékpárok és motorkerékpárok ezzel szemben úgynevezett kapcsolóüzemű táptöltőket használnak, amelyek energiahatékonyabbak és költséghatékonyabbak, de hajlamosak meghibásodásra.
A kapcsolóüzemű töltők helyes eljárása a következő: töltés közben először az akkumulátort, majd a hálózatot csatlakoztassa; teljes feltöltés után húzza ki a tápfeszültséget, mielőtt kihúzná az akkumulátordugót. Ha töltés közben húzza ki az akkumulátor csatlakozódugóját, különösen akkor, ha nagy a töltőáram (ezt piros fény jelzi), súlyosan károsíthatja a töltőt.
Az elterjedt kapcsolóüzemű töltők tovább oszthatók félhíd- és egyimpulzusos típusokra. Az egyimpulzusos töltők előremenő vagy repülõs töltésûek. A félhidas kialakítások, bár költségesebbek, kiváló teljesítményt nyújtanak, és gyakran alkalmazzák negatív impulzusokat tartalmazó töltőkben. A Flyback típusok, mivel gazdaságosabbak, jelentős piaci részesedéssel bírnak.

A negatív impulzustöltőkkel kapcsolatban
Az ólom-savas akkumulátorok története több mint egy évszázadot ölel fel. Kezdetben a globális gyakorlat nagyrészt ragaszkodott a hagyományos nézetekhez és működési eljárásokhoz: a 0,1 C-os töltés és kisütés (ahol a C az akkumulátor kapacitását jelöli) meghosszabbítja az élettartamot. A gyors töltési kihívások megoldása érdekében az egyesült államokbeli Max úr 1967-ben világszerte publikálta kutatási eredményeit. Ez az 1C-ot meghaladó impulzusáramokkal végzett töltést, a töltési szünetek alatti kisülési időközökkel tarkított. A kisütés megkönnyíti a polarizáció csökkentését, csökkenti az elektrolit hőmérsékletét és növeli a lemez töltés befogadó képességét.
1969 körül a kínai tudósok sikeresen kifejlesztettek több gyorstöltő márkát Max. úr három elve alapján. A töltési ciklus a következőképpen zajlott: erősáramú impulzusos töltés → a töltőkör megszakítása → az akkumulátor rövid lemerülése → a kisülés leállítása → a töltőkör visszaállítása → erősáramú impulzus töltés...
2000 körül ezt az elvet az elektromos járművek töltőire adaptálták. A töltés alatt az áramkör megszakítás nélkül maradt, és kis ellenállású rövidzárlatot alkalmazott az akkumulátor pillanatnyi kisütésére. Mivel a töltőáramkör a rövidzárlat alatt is aktív maradt, egy induktort sorba kötöttek benne. A rövidzárlat általában 3–5 milliszekundumig tart egy másodpercen belül (1 másodperc = 1000 ezredmásodperc). Mivel az induktivitáson belüli áram nem változhat hirtelen, a rövid rövidzárlati időtartam védi a töltő teljesítményátalakító szakaszát. Ha a töltőáram irányát pozitívnak nevezzük, a kisülés természetesen negatívvá válik. Következésképpen az elektromos járműipar megalkotta a „negatív impulzustöltő” kifejezést, azt állítva, hogy meghosszabbíthatja az akkumulátor élettartamát és így tovább.

A háromlépcsős töltőkkel kapcsolatban
Az elmúlt években az elektromos járművek széles körben alkalmazták az úgynevezett háromlépcsős töltőket. Az első fokozatot állandó áramfokozatnak, a másodikat állandó feszültségű fokozatnak, a harmadikat szivárgási fokozatnak nevezik. Elektronikai mérnöki szempontból ezeket pontosabban a következőképpen írják le:
- Első fokozat: Töltőáram-korlátozó fokozat
- Második fokozat: Magas állandó feszültségű fokozat
- Harmadik fokozat: Alacsony állandó feszültség fokozat A második és harmadik fokozat közötti átmenet során a panel jelzőfényei ennek megfelelően változnak. A legtöbb töltő pirosan világít az első és második fokozatban, és zöldre vált a harmadik szakaszban. Ezt a fokozatok közötti átmenetet a töltőáram határozza meg: egy bizonyos küszöb túllépése aktiválja az első és a második fokozatot, míg az alá esés a harmadik fokozatot. Ezt a küszöbáramot átmeneti áramnak vagy kapcsolóáramnak nevezik.
A korai töltők, beleértve a márkás járművekhez szállítottakat is, bár mutatók változást mutattak, valójában állandó feszültségű, áramkorlátozott töltők voltak, nem pedig valódi háromfokozatú egységek. Ezek jellemzően egyetlen stabil, 44,2 V körüli feszültségértéket tartottak fenn, ami megfelelő volt a korszak nagy fajlagos gravitációs szulfát akkumulátoraihoz.
A háromlépcsős töltők három kulcsparaméterével kapcsolatban
Az első kritikus paraméter az alacsony állandó feszültségérték a szivárgási fázis alatt. A második a nagy állandó feszültségérték a második fázisban. A harmadik az átmeneti áram. Ezt a három paramétert befolyásolja az akkumulátorok száma, kapacitása (Ah), hőmérséklete és az akkumulátor típusa. A könnyebb áttekinthetőség kedvéért bemutatjuk az elektromos kerékpárokhoz legelterjedtebb háromfokozatú töltő használatát (három 12V-os 10Ah-s akkumulátor sorozatban):
Először is, az alacsony állandó feszültség értéke a szivárgási fázisban, körülbelül 42,5 V referenciafeszültséggel. A magasabb érték az akkumulátor kiszáradását okozza, növelve a túlmelegedés és a deformáció kockázatát; az alacsonyabb érték akadályozza a teljes töltést. A déli régiókban ennek az értéknek 41,5 V alatt kell lennie; zselés akkumulátorok esetén 41,5 V alatt kell lennie, déli területeken pedig még valamivel alacsonyabbnak. Ez a paraméter viszonylag szigorú, és nem haladhatja meg a referenciaértéket.
Ezután vegye figyelembe a magas állandó feszültségértéket a második fokozatban, körülbelül 44,5 V referenciafeszültséggel. A magasabb érték elősegíti a gyors teljes töltést, de az akkumulátor kiszáradását okozhatja, mivel az áramerősség nem csökken kellőképpen a későbbi töltési fázisban, ami az akkumulátor túlmelegedéséhez és deformációjához vezet. Az alacsonyabb érték gátolja a gyors teljes töltést, de megkönnyíti az átállást a csepegtető fokozatba. Bár nem olyan szigorúan szabályozott, mint az első érték, mégsem lehet túl magas.

Végül, ami az átalakítási áramot illeti, a referenciaérték körülbelül 300 mA. A magasabb érték javítja az akkumulátor élettartamát, mivel csökkenti a termikus deformációt, bár akadályozza a gyors töltést. Az alacsonyabb érték (laikusok számára) megkönnyíti a töltést, de a hosszan tartó nagyfeszültségű töltés miatt az akkumulátor kiszáradását okozhatja, ami termikus deformációhoz vezethet. Különösen az egyes cellák meghibásodása esetén, ha a töltőáram nem csökkenthető a küszöbáram alá, károsíthatja az egyébként egészséges sejteket. A megadott referencia tartomány ±50mA vagy akár ±100mA eltérést is megenged, de nem eshet 200mA alá.
Jelenleg számos alacsony költségű flyback töltő kapható a piacon, amelyek magas, 46,5 V-os állandó feszültséggel, 41,5 V-os alacsony állandó feszültséggel és 500 mA-t meghaladó átmeneti árammal rendelkeznek.
A négy 12 V-os akkumulátort (összesen 48 V) kezelő töltő esetében az első két paraméter kiszámítása úgy történik, hogy a fent említett feszültség referenciaértékeket elosztjuk hárommal, és megszorozzuk néggyel. A nagy állandó feszültség körülbelül 59,5 V, az alacsony állandó feszültség körülbelül 56,5 V.
Ha az akkumulátor kapacitása meghaladja a 10Ah-t, a harmadik paramétert (az aktuális értéket) megfelelően növelni kell. Például egy 17 Ah-s akkumulátor akár 500 mA-t is igényelhet.

Az akkumulátor meghibásodásának mechanizmusai: vízkimerülés; szulfatálás; anód lágyítás; és az aktív anyag leválása az anódról.

Túltöltés helyreállítása. Ha az akkumulátor élettartama nem elsődleges szempont, ez a helyreállítási módszer azonnali eredményeket hoz. A mélykisülési és újratöltési ciklusok növelhetik az akkumulátor kapacitását, ami világszerte elismert tény. Ez azonban veszélyeztetheti az akkumulátor élettartamát. Ezen az oldalon számos bejegyzés kizárólag arra összpontosít, hogy a túltöltés hogyan alakíthatja át a felületi α-ólom-oxidot β-ólom-oxiddá a pozitív lemezen, ezáltal növelve a kapacitást. Ennek a megközelítésnek a javítása során történő alkalmazása visszafordíthatatlan kapacitásvesztést okozhat. Néhány, a gyártóknak felújításra visszaküldött akkumulátort ilyen módszerekkel kezeltek.
Személyes gyakorlat alapján úgy gondolom, hogy a hatékony túltöltés és túltöltés helyreállítása kiváló eredményeket hozhat az áramerősség és az időtartam szigorú korlátozása mellett, párhuzamot vonva a gyártás során a lemezképzési folyamattal. A kulcs a belátásban rejlik, nem minden esetben egységesen alkalmazzuk a fordított töltést. Vegyünk egy közelmúltbeli esetet: amikor meglátogattam ismerősöm Lao San üzletét, négy 17 Ah-s akkumulátorral találkoztam, amelyeket nemrégiben eltávolítottak egy elektromos motorkerékpárból. El akarták adni őket (120 jüanért) egy használt akkumulátor-gyűjtőnek. Nem tanácsoltam az ártalmatlanítást, azt javasoltam, hogy a javítás kivitelezhető, és visszavittem őket értékelésre. Rövid összefoglaló következik:
Harmadik példa: A négy fent említett akkumulátort a Zhejiang állambeli Changxingben gyártották, bár nem a Tianneng. Mivel frissen lettek eltávolítva, további vizsgálatra vagy töltésre nem került sor. A nyitott áramköri feszültségek a következők voltak: 1. egység: 13,42 V; 2. egység: 13,36 V; 3. egység: 13,18 V; 4. egység: 12,4V. Nyilvánvalóan kevés volt az elektrolitjuk. A burkolat felnyitása után az első három akkumulátor minden cellája 6 ml plusz további 4 ml elektrolitot kapott, míg a 4. cella 6 ml plusz 2 ml-t kapott. Két óra pihentetés után a töltés kezdetben 10A-ről indult, két perc múlva 3A-re csökkent, majd fél óra múlva leléptető üzemmódba kapcsolt. Fokozatosan megkezdődött a gáztermelés. Az 1–3. cellák viszonylag egyenletes gáztermelést mutattak az összes rekeszben, míg a 4. cella nagyjából egy időben öt rekeszben mutatott gáztermelést. A gáztermelés megkezdése után azonban az anód közelében lévő rekeszek továbbra sem termeltek jelentős mennyiségű gázt. A töltés leállt. A kapacitástesztek kimutatták, hogy az 1–3. sejt megközelítette az új állapotot, míg a 4. sejt csak 1,5 Ah-t adott. Adjon 4 milliliter vizet az 1-3 cellák mindegyikéhez, majd töltse fel lépésenként, amíg az összes cella gázt nem termel. Töltsük külön a 4-es cellát egy órán keresztül, majd kisütjük 5 A-rel. Monitor kapocsfeszültség: 20 percbe telt, amíg 13,2 V-ról 10,5 V-ra süllyed, és kevesebb, mint 5 perc alatt érte el a 8,32 V-ot. Folytassa a kisütést 5 A-rel, tartsa 8,15 V körüli feszültséget egy órán keresztül, mielőtt leállítja a tesztet. Miért álljunk meg? Megszületett a következtetés: az anód melletti cella hibás, kapacitása körülbelül 1,5 Ah. Egy rövid elméleti magyarázat: a 20 perces csökkenés 13,2 V-ról 10,5 V-ra azt mutatta, hogy a hibás cella (már jelentősen 1,7 V alatti) kevesebb, mint 1,5 Ah kapacitással rendelkezik. Az 5A-es kisütést folytatva a hibás cella 0V-ra esett. A fennmaradó öt egészséges cella (10 V) fordítottan töltötte a hibás cellát. Amikor a hibás cella fordított töltésnél közel 2 V-ot ért el, hosszabb ideig stabilizálódott. Az akkumulátor kapocsfeszültsége megegyezett az öt egészséges cella összegével, mínusz a hibás cella fordított feszültségével: 10V - 2V = 8V. A további kisülés felesleges, mert károsítaná az öt jó sejtet. A hibás cella azonosításához: ezeknek az akkumulátoroknak lényegesen kisebb elektrolit-töltőnyílásai vannak, mint a 10 Ah-s egységek. Házi készítésű ólombevonatos szerszámmal másodpercek alatt megállapítható a hibás cella. Ebben az esetben öt cella mutatott gázfejlődést, míg az anód közelében lévő cellában nem. A tesztelés megerősítette, hogy ez a cella hibás, részleges sejtszétválással. Az izolált kezelés visszaállította ezt a cellát 10 Ah kapacitásra. A javítás most befejeződött. Az 1–3. cellák szinte új kapacitást mutatnak, míg a 4. cella eléri a 10 Ah-t (az öt funkcionális cella együttesen megfelel az 1–3. cellák közel új kapacitásának).

A szulfatáció ellenőrzésének módszere a fedél felnyitása nélkül
Íme egy módszer a szulfatáció meghatározására az akkumulátor kinyitása nélkül: Töltse fel az akkumulátort egy állítható állandó áramforrással, amely körülbelül 0,05 C-ra van beállítva. Vegye figyelembe, hogy a szulfatációt a következő feltételek jelzik. Példaként egy 12 V-os akkumulátort veszünk: a kezdeti feszültség meghaladja a 15 V-ot (nagyobb eltéréssel erősebb szulfatációt jelez), és a töltési idő növekedésével a feszültség csökken, megközelíti a 15 V-ot. Ha állandó feszültségű töltésre váltunk, az áramerősség növekvő tendenciát mutat. Ez gyakorlati tapasztalataimra épül, míg a szabványos irodalom jellemzően csak olyan tüneteket említ, mint a túlzott hőképződés, idő előtti gázfejlődés és a kapacitáscsökkenés. Ezt a diagnosztikai módszert a helyszínen bemutattam több, erre a területre szakosodott egyetemi hallgatónak, különböző szulfatációs fokú ólom-savas akkumulátorok összehasonlításával. Az állítható állandó áramforrás az 1978-as tervem, a „New Star Multifunctional Charger”, amely a Fekete-fehér televízió telepítése című tankönyvem mellékletében található. Eredetileg 36 V-os transzformátort használtak diszkrét lineáris komponensekkel, majd később egy integrált áramkörű lineáris kialakításra fejlesztették, elektronikus kapcsolóvezérlésű állandó árammal.

A vízveszteség felmérése a burkolat felnyitása nélkül

A vízveszteség meghatározásához a fedél felnyitása nélkül két egyidejű feltétel szükséges: 1) A 12V-os akkumulátor nyitott feszültsége meghaladja a 13,2V-ot. 2) Csökkentett kapacitás. Még az általános iskolás tanulók is felfoghatják ezeket az elveket. A mögöttes elmélet két kulcsfontosságú pontot foglal magában: 1) A nyitott áramköri feszültség korrelál a kénsav koncentrációjával; a vízveszteség növeli a savkoncentrációt, növeli a kapocsfeszültséget. 2) A vízveszteség csökkenti az elektrolit szintjét, csökkenti a reagáló anyag mennyiségét és csökkenti a kapacitást. A feltételek további pontosítása: A fent említett értékek egy 12 V-os elektromos jármű akkumulátorának fél órával a töltés utáni nyitott feszültségére vonatkoznak. Az autóakkumulátorok esetében az értékeknek alacsonyabbaknak kell lenniük. Még az elektromos járművek akkumulátorainál is számít a márka – például a Panasonic akkumulátorai alacsonyabb kénsav fajsúlyuk miatt alacsonyabbak a Zhejiang Changxing akkumulátorokhoz képest. Azt is leszögezi, hogy nem szabad dogmatikusnak lenni: például egy látszólag szabványos feszültségű, de kis kapacitású akkumulátorban jellemzően öt cella hiányzik a vízből, és egy cella részben levált.

Helyrehozhatatlan szabványok
Javíthatatlan szabványok (normál használatú és ólomszulfátos akkumulátorokhoz):
1.  Javíthatatlan, ha külső deformációt, repedést vagy szivárgást mutat.
2.  Javíthatatlan, ha belső meghibásodást, mechanikai sérülést vagy túltöltött lemezeket koromra váltanak; jellegzetes tünetek: töltés közben gyorsan emelkedik a feszültség, állás után pedig jelentősen csökken.
3.  Javíthatatlan, ha gyenge CEL (Cell Error Light), egycellás hiba vagy belső önkisülés. (Targoncák cserélhető akkumulátorainál az egyes cellák kicserélhetők, és az akkumulátor helyreállítható.)