电瓶车蓄电池充鼓的成因及对策

在夏天出门办事觉得还是电瓶车好：停车容易、比较凉爽、没有罚单、不怕堵车。确实是一种比较好的短途交通工具。然而电瓶车蓄电池的使用或者充电是否合理直接关系到蓄电池的使用寿命。如果使用的好那怕每个蓄电池的寿命延长5%；试想全国有那么多的电瓶车计算下来这可不是个小数目，可减少能源消耗保护我们的环境都是有利的。

去年电瓶车的蓄电池充鼓了，为此进行了半年的蓄电池和充电器的研究，总结了一些经验，改进了原来的充电器，现撰文跟读者探讨。

一、蓄电池充鼓的成因

看着充鼓的蓄电池，纳闷：蓄电池的外壳用高强度的塑料制成，要使他变形，要多大的能量所产生的热量来使他扭曲变形？从蓄电池和充电器两个方面来揭开谜底。

1、蓄电池：任何产品都有使用寿命限制的。蓄电池每一次放电、充电后不可能百分之百地回到原来的状态；总有一部分物质变成了死物质不参与化学反应，每一个轮回总要损失一点，积累下来这个可逆反应就不能进行了，寿命到了。所以对可充电的电池的寿命总是以充电、放电的次数来衡量的。研究发现当蓄电池寿命终期，表象为：正常充电一会儿就跳绿灯了（绿灯表示充满），但这车骑一会儿就无力了。

2、充电器：对充鼓了蓄电池的充电器进行解剖。空载测量电压42V、充电时测量电流1.8A，好像没问题哎。再仔细分析电路得出这样一个充电方案：开始充电、限电流1.8A、最高限电压的设定跳变为44V（不是42V）、当充电电流小于0.5A时跳绿灯、最高设定电压又回到42V，开始浮充。这就是传说中的三段式充电器吧。这就使得这种充电器有这样一种奇怪的现象：长时间充电后不跳灯，当你拔下电源插头后再插上电源，奇怪变绿灯了。

3、不跳灯和二次跳灯原理。当缺水和硫化严重的蓄电池和上述充电器的配合问题就出来了：接上充电器、1.8A电流开始充电、蓄电池端电压上升，如果蓄电池的电动势不能上升至设定电压44V（不好的蓄电池电动势上不去），设定电压高蓄电池电动势低，在一定电压差下，电流始终不能达到0.5A以下，充电器的设定电压不能转换成42v，还有1A左右的电流仍然继续对蓄电池充电，有近40W的电能就转化为热能，蓄电池的问题往往是出在某个单元格上，这单元格充电时间一长热量聚集、气体产生高压，就使蓄电池产生鼓胀变形。

偶然发现了二次跳灯：一次对蓄电池充电，一个小时后就跳绿灯了，过了一个小时发现又是红灯了，蓄电池也热起来了。这就是蓄电池的奇怪之处：接上充电器开始充电、蓄电池端电压开始上升，充电电流开始下降，当端电压接近44V时电流降至0.5A以下，跳灯。充电器的设定电压回到42V。此时蓄电池开始自放电，其端电压慢慢下降，当下降到42V以下时，开始有充电电流了，当电流达到0.5A时，又跳红灯了，设定电压又变成了44V，又有大电流开始充电了。第二次跳灯后，蓄电池的电动势怎么也上不去了（产生此现象的机理不清楚），就变成了前面讲的不跳灯的状态了。

二、蓄电池充电特性与充电器的配合

1、蓄电池充电方案

 对于蓄电池充电无非是两个方面的因素：一个是电流，一个是电压。根据马斯理论，对蓄电池的充电有一条理论曲线，曲线内是充电安全区。现有的充电器其限流的大小都在0.15C--0.2C以内，不会对蓄电池造成伤害，关键是充电结尾阶段，这个电流和电压如何设定成了关键。天能公司网上公布的蓄电池充电方案如图：

 

 

 

图解：（针对36V蓄电池）开始限电流1.8A、限压44.7V充电。当蓄电池充电电流小于0.4A时，系统开始转换：限压变为41.5V。这样做的好处是：41.5V是蓄电池析气点以下，在41.5V采用小电流（涓流）充电，并锁定状态。因为涓流电流比较小，蓄电池析气量不大，如有少量析气，氢气和氧气自行复合产生水，不至于大量气体外逸使蓄电池脱水。最后2小时涓流充电后，使得蓄电池充满电。像这样的充电方法，由于电流比较小，这时输出的电功率在8W左右，如果全部变成了热量也不会使蓄电池鼓包。

2、对现有的充电器进行改造

 

 

买一个充电器虽然便宜，但杂牌众多，不知充电的性能和充电的方法。对已有的充电器比较了解，还是自己动手改造旧的充电器吧。根据电路板的实物画出了电路图，现在修改后的状况。改动线路说明：

1、充电程序，如图：

 

  图中要解决2个问题：1、各个转换点电流、电压的合理配置。2、在t2点进行锁定，不允许有2次跳灯的情况发生。

2、限流变换电路：原电路2脚的设定电压为0.18V（采样电阻是0.1欧姆，限流值是1.8A），把2脚的分压电路进行改动，下电阻改为300欧姆，上电阻用两个10K电阻串联，这样2脚的电压还是0.18V不变。从绿色LED管正极取电经10K电阻至9013三极管的基极，集电极接两个10K串联电阻的中间，发射极接4148二极管,以抬高电位。当绿灯亮时三极管导通，其集电极电位限制在0.7V，这样2脚的分压电位就变成了0.02V了，也就是充电电流限制在0.2A以内了。充电电流只会减小不会增加，故不会产生二次跳灯。

3、各个转换点电流、电压的合理配置

要合理配置各点的电流及其电压，首先要了解充电器的充电特性：充电器的等效电路用E1和R1组成。E1为充电器的电动势（约为开路电压），充电器中R1的大小决定了这个充电器是“硬”还是“软”。所谓：“硬”就是E1与端电压的压差很小时电流也能够达到设定值。像用半桥式494集成块做的充电器，压差零点几伏还能达到恒流值1.8A。有的它的特性就软，压差在2V左右就退出恒流区了，电流就变小了。

充电中几个参数：恒流电流、最高充电电压、转换电流、浮充电压、浮充电流。这几个参数中，恒流电流1.5A-1.8A都问题不大，转换电流0.4A也无需讨论，浮充电流在改进的电路中已限制在0.2A以内了，浮充电压在许多文章的介绍中都倾向于41.4V，在实验中也觉得大于和小于都不妥；要讨论的是最高充电电压。

实验1：最高电压设定44V，充电后期电流下不来，这个充电器充电特性比较硬，电池发热，不行；实验2：最高电压设定43.6V，在退出恒流区后1.5小时之后跳绿灯，情况正常，蓄电池不发热，也充满了。另一个充电器特性比较“软”，设定44V，在42V上面就退出恒流区了。

4、实际效果：用改造调整参数后的充电器，4小时充电跳绿灯，充入电量3.8AH（与放出的电量相当），跳绿灯后电压41.4V，电流降至0.2A以内进行涓流充电，7小时后电流只有30mA；蓄电池不发热，长时间充电也没关系，保护了蓄电池。且在涓流下充电2小时以上，可减少蓄电池硫化，也可使三个蓄电池均衡充电。

三、新充电方案设想：

 

 

 

 上图为蓄电池充电的原理图，充电过程是否合理、是否符合蓄电池的特性，决定了充电工作的优劣。

1、蓄电池的特性：蓄电池的等效电路用E2和R2组成，E2可视为端电压。E2和R2在充电过程中都是个变数，随着充电过程的进行，E2上升，R2降低，容量增加。这里最重要的一个特性就是蓄电池对电流(电荷)的接受率。蓄电池的容量是用AH来表示的，从理论上讲对于12AH的蓄电池可用12A充一个小时、1.2A充十个小时、0.12A充100小时。然而第一种方案充电电流太大，要损坏极板；第三种方案时间太长，而且受蓄电池自放电的影响，最终蓄电池充不饱。对于接受率的概念要引入马斯曲线。

 

 

   在实际的充电过程中，才发觉马斯的充电曲线很有道理。实验证明：开始对蓄电池充电时电流一定要大一点，这时蓄电池对电流的接受率最大，蓄电池容易充满。

2、分步降电流充电法：采用充电器特性“硬”一点的电路，在不同的电压点位上用不同的电流对蓄电池进行充电（上图）。设想蓄电池端电压小于39V(3组12V蓄电池)充电恒流电流2.4A、小于40V1.8A、小于41.5V1A、大于41.5V0.2A。这样的充电方案更接近于马斯曲线；并且不会使蓄电池热失控。

3、蓄电池的新旧与端电压的变化：新蓄电池开始几次充电时其端电压能上到41.5V以上，改造后的充电器能跳绿灯。在5-6次充电后充电电流在0.3A左右了电压却不见上升（这时蓄电池应该充满电了）,未能达到41.5V,现象为不跳灯。6个小时后勉强跳灯，充电电流在0.2A一下（应该是涓流充电了）。以后几次充电后端电压都在39点几伏，稳定了，大概这就是蓄电池激活了吧。蓄电池使用一段时间后由于失水，硫酸浓度偏高会使得端电压升高。这一现象可引入另一种充电模式：上面讲的充电器原来的充电方案不变，再增加电压检测电路。失水的蓄电池在充电时，其端电压上升较快，达到41.5V时跳灯（另一种颜色的灯），同时限制电流，以防止热失控。这个指示灯也起到了提醒用户蓄电池可能失水了。

 四、网上讨论蓄电池的几种说法：

1、充电方法：有的说一天一充、有的说用了就充等等。笔者看了天能蓄电池制造企业在网上公布的几张图表，跟大家探讨一下。

 

 

 

   假如说你每天使用电瓶车用去电量为10%的话，从图表上可看出：你5天充一次电，可使用5000；2天充一次电，可使用6000，三天充一次电，可使用6000。也就是说2-3天充一次电最合算，蓄电池的使用寿命最长。如果每天用量在20%-30%的话就要天天充电喽。

2、蓄电池用电量估算：以12AH、36V电瓶、180W的电动车为例，一天骑半个小时，一般骑车时的平均电流为5A左右，用电量为：0.5小时乘以5A为2.5AH,也就是说用去了20%的电量。

3、蓄电池内阻的估算：未接充电器测量端电压V1，接充电器测量电压V2，恒流电流I，估算其内阻R，R=（V2-V1）/I,如V1=39V、V2=41.2V、I=1.8A。计算R=1.22欧姆。这种估算比较粗糙，不太精确，但也能反映出内阻的变化，V2与V1的差值越小说明该蓄电池的内阻小。还有电瓶车上有一个电压表，充电后，正常行驶时电表指针偏转应该在1格以内，如果偏转到2格了，说明内阻高了要充电了。

总结：蓄电池的生产，不同厂家稍微有点不同，但差异不大。充电器生产厂家多，品种多价位也相差很多。笔者认为：三段式充电器，只要几个电压、电流的值设置合理、准确。充电的效果也不错的。笔者的设置：限电流（恒流）1.8A、最高电压43.6V（如果充电器特性“硬”恒流效果好的话，这个电压可设置在43V，此电压低不利于蓄电池析气，保护蓄电池）、转换电流0.4A、浮充电压41.4V、限制浮充电流在0.2A以下，还可以在充电器上安装冬天、夏天开关，以转换最高电压的大小。其次，充电器电路的结构中要尽量避免发热元件的使用，如：控制部分（LM358）的取电，用输出电压电阻降压稳压管稳压的办法要多产生功耗，空载时测量有4W左右的功耗。在变压器上多增加一个绕组，为控制部分（LM358）供电，空载时测量只有1.8W左右的功耗，还有这样的设计对于输出部分，只有一个检测电压的电阻接在上面，故可取消防止倒灌的二极管，又可以减少充电时的热源。电路的改进，设置的正确、合理，在不需要增加成本的情况下，会有一个低价优质的充电器诞生。