Sähköajoneuvojen laturien ja akkujen tuntemus

Laturien luokitus:

Laturit voidaan luokitella kahteen päätyyppiin sen mukaan, onko niissä verkkotaajuusmuuntaja (50 Hz). Kolmipyöräisten rahtilaturit käyttävät tyypillisesti muuntajia verkkotaajuudella, mikä johtaa suurempiin, raskaampiin yksiköihin, jotka kuluttavat enemmän virtaa, mutta tarjoavat luotettavuutta ja kohtuuhintaisuutta. Sähköpolkupyörissä ja -moottoripyörissä sitä vastoin käytetään ns. kytkentämuotoisia virtalähteiden latureita, jotka ovat energiatehokkaampia ja kustannustehokkaampia, mutta alttiita epäonnistumaan.
Oikea toimintatapa kytkentätilassa oleville latureille on: latauksen aikana kytke ensin akku ja sitten verkkovirta; kun olet ladannut täyteen, irrota verkkovirta ennen akun pistokkeen irrottamista. Akun pistokkeen irrottaminen latauksen aikana, varsinkin kun latausvirta on korkea (ilmaistaan ​​punaisella valolla), voi vaurioittaa laturia vakavasti.
Yleiset kytkentätilalaturit jakautuvat edelleen puolisilta- ja yksipulssityyppeihin. Yksipulssiset laturit luokitellaan eteenpäin- tai flyback-malleihin. Puolisiltamallit, vaikka ne ovat kalliimpia, tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn ja niitä käytetään usein latureissa, joissa on negatiivisia pulsseja. Flyback-tyypeillä, koska ne ovat edullisempia, on merkittävä markkinaosuus.

Mitä tulee negatiivisiin pulssilaturiin
Lyijyakuilla on yli vuosisadan historia. Aluksi globaali käytäntö noudatti pitkälti perinteisiä näkemyksiä ja toimintatapoja: latauksen ja purkamisen 0,1 C:n nopeudella (jossa C tarkoittaa akun kapasiteettia) uskottiin pidentävän käyttöikää. Vastatakseen nopeisiin lataushaasteisiin yhdysvaltalainen hra Max julkaisi tutkimustuloksensa maailmanlaajuisesti vuonna 1967. Tämä sisälsi lataamisen pulssivirroilla, jotka ylittivät 1 C:n taajuuden, sekä purkautumisvälien välissä lataustaukojen aikana. Purkaus helpottaa polarisaation vähentämistä, alentaa elektrolyytin lämpötilaa ja parantaa levyvarauksen vastaanottokykyä.
Noin 1969 kiinalaiset tiedemiehet kehittivät menestyksekkäästi useita pikalaturimerkkejä, jotka perustuivat herra Maxin kolmeen periaatteeseen. Latausjakso eteni seuraavasti: suurvirtapulssilataus → latauspiirin katkaisu → lyhyt akun purkautuminen → purkamisen pysäyttäminen → latauspiirin palauttaminen → suurvirtapulssilataus...
Noin vuonna 2000 tämä periaate mukautettiin sähköajoneuvojen latureille. Latauksen aikana piiri pysyi katkeamattomana ja käytti matalaresistanssista oikosulkua akun hetkellisen purkamiseksi. Koska latauspiiri pysyi aktiivisena oikosulun aikana, sen sisällä oli sarjaan kytketty induktori. Tyypillisesti oikosulku kestää 3–5 millisekuntia sekunnissa (1 sekunti = 1000 millisekuntia). Koska induktanssin sisällä oleva virta ei voi muuttua äkillisesti, lyhyt oikosulkuaika suojaa laturin tehonmuunnososaa. Jos latausvirran suuntaa kutsutaan positiiviseksi, purkaus muuttuu luonnollisesti negatiiviseksi. Tämän seurauksena sähköajoneuvoteollisuus loi termin "negatiivinen pulssilaturi" väittäen, että se voisi pidentää akun käyttöikää ja niin edelleen.

Mitä tulee kolmivaiheisiin latureihin
Viime vuosina sähköajoneuvot ovat ottaneet laajalti käyttöön niin sanottuja kolmivaiheisia latureita. Ensimmäistä vaihetta kutsutaan vakiovirtaportaaksi, toista vakiojänniteasteeksi ja kolmatta tihkumisasteeksi. Sähkötekniikan näkökulmasta näitä kuvataan tarkemmin seuraavasti:
- Ensimmäinen vaihe: Latausvirran rajoitusaste
- Toinen vaihe: Korkea vakiojänniteaste
- Kolmas vaihe: Matala vakiojänniteaste Siirtymisen aikana toisen ja kolmannen vaiheen välillä paneelin merkkivalot vaihtuvat vastaavasti. Useimmat laturit näyttävät punaisen valon ensimmäisen ja toisen vaiheen aikana ja vaihtuvat vihreäksi kolmannen vaiheen aikana. Tämä vaiheiden välinen siirtymä määräytyy latausvirran perusteella: tietyn kynnyksen ylittäminen aktivoi ensimmäisen ja toisen vaiheen, kun taas sen alapuolelle jääminen laukaisee kolmannen vaiheen. Tätä kynnysvirtaa kutsutaan siirtymävirraksi tai kytkentävirraksi.
Varhaiset laturit, mukaan lukien merkkiajoneuvojen mukana toimitetut laturit, vaikka niissä olikin indikaattorimuutoksia, ne olivat itse asiassa vakiojännitteisiä, virtarajoitettuja latureita pikemminkin kuin todellisia kolmivaiheisia yksiköitä. Tyypillisesti nämä säilyttivät yhden vakaan jännitearvon noin 44,2 V, mikä riitti aikakauden korkean ominaispainon sulfaattiakuille.
Mitä tulee kolmivaiheisten laturien kolmeen avainparametriin
Ensimmäinen kriittinen parametri on alhainen vakiojännitearvo valumisvaiheen aikana. Toinen on korkea vakiojännitearvo toisen vaiheen aikana. Kolmas on siirtymävirta. Näihin kolmeen parametriin vaikuttavat akkujen lukumäärä, niiden kapasiteetti (Ah), lämpötila ja akkutyyppi. Viittauksen helpottamiseksi kuvaamme yleisimmän sähköpyörien kolmivaiheisen laturin käyttöä (kolme 12V 10Ah akkua sarjassa):
Ensinnäkin alhainen vakiojännitearvo valumisvaiheen aikana, vertailujännitteen ollessa noin 42,5 V. Korkeampi arvo aiheuttaa akun kuivumisen, mikä lisää ylikuumenemisen ja muodonmuutosriskiä; pienempi arvo estää täyden latauksen. Eteläisillä alueilla tämän arvon tulisi olla alle 41,5 V; geeliakuissa sen tulisi olla alle 41,5 V ja eteläisillä alueilla vielä hieman alhaisempi. Tämä parametri on suhteellisen tiukka, eikä se saa ylittää viitearvoa.
Harkitse seuraavaksi korkeaa vakiojännitearvoa toisessa vaiheessa, jonka vertailujännite on noin 44,5 V. Korkeampi arvo mahdollistaa nopean täyden latauksen, mutta voi aiheuttaa akun kuivumisen, jolloin virta ei laske riittävästi myöhemmässä latausvaiheessa, mikä johtaa akun ylikuumenemiseen ja muodonmuutokseen. Alempi arvo estää nopean täyden latauksen, mutta helpottaa siirtymistä valumisvaiheeseen. Vaikka se ei ole niin tiukasti säännelty kuin ensimmäinen arvo, se ei silti saa olla liian korkea.

Lopuksi muunnosvirran osalta viitearvo on noin 300 mA. Korkeampi arvo parantaa akun käyttöikää vähentämällä lämpömuodonmuutoksia, vaikka se estää nopean latauksen. Alempi arvo (maallikoille) helpottaa lataamista, mutta pitkittyneen suurjännitelatauksen vuoksi se voi aiheuttaa akun kuivumista, mikä johtaa lämpömuodonmuutokseen. Etenkin yksittäisten kennojen toimintahäiriöissä, jos latausvirtaa ei voida alentaa kynnysvirran alapuolelle, se voi vahingoittaa muuten terveitä soluja. Määritetty vertailualue sallii ±50 mA tai jopa ±100 mA poikkeamat, mutta se ei saa laskea alle 200 mA.
Tällä hetkellä markkinoilla on saatavilla lukuisia edullisia flyback-latureita, joissa on korkeat vakiojännitearvot 46,5 V, matalat vakiojännitearvot 41,5 V ja siirtymävirrat yli 500 mA.
Neljää 12 V akkua (yhteensä 48 V) käsittelevälle laturilla kaksi ensimmäistä parametria lasketaan jakamalla edellä mainitut jännitteen viitearvot kolmella ja kertomalla neljällä. Korkea vakiojännite on noin 59,5 V ja matala vakiojännite noin 56,5 V.
Jos akun kapasiteetti ylittää 10Ah, kolmatta parametria (nykyarvoa) tulee nostaa asianmukaisesti. Esimerkiksi 17 Ah:n akku voi vaatia jopa 500 mA.

Akun vikamekanismit: veden ehtyminen; sulfatointi; anodin pehmennys; ja aktiivisen materiaalin irtoaminen anodista.

Ylihinnan palautus. Jos akun käyttöikä ei ole ensisijainen huolenaihe, tämä palautusmenetelmä tuottaa välittömiä tuloksia. Syväpurkaus- ja latausjaksot voivat lisätä akun kapasiteettia, mikä on maailmanlaajuisesti tunnustettu tosiasia. Tämä voi kuitenkin heikentää akun käyttöikää. Lukuisat tämän sivuston viestit keskittyvät vain siihen, kuinka ylilataus voi muuttaa pinnan α-lyijyoksidin positiivisen levyn β-lyijyoksidiksi, mikä lisää kapasiteettia. Tämän lähestymistavan käyttäminen korjauksen aikana voi aiheuttaa peruuttamattoman kapasiteetin menetyksen. Jotkut valmistajille kunnostusta varten palautetut akut on käsitelty tällaisilla menetelmillä.
Omakohtaisen käytännön perusteella uskon, että tehokas yli- ja ylilatauksen palauttaminen voi tuottaa erinomaisia ​​tuloksia, kun virtaa ja kestoa rajoitetaan tiukasti, mikä rinnastaa levynmuodostusprosessin valmistuksen aikana. Avain piilee arvostelukyvyssä, koska käänteistä latausta ei käytetä tasaisesti kaikissa tapauksissa. Ajatellaanpa äskettäistä tapausta: vieraillessani tuttavani Lao Sanin kaupassa törmäsin neljään 17Ah:n akkuon, jotka oli äskettäin poistettu sähkömoottoripyörästä. He aikoivat myydä ne (120 yuania) käytettyjen akkujen keräilijälle. Neuvoin olemaan hävittämättä, ja ehdotin, että korjaaminen oli mahdollista, ja otin ne takaisin arvioitavaksi. Ohessa lyhyt yhteenveto:
Esimerkki 3: Neljä edellä mainittua akkua valmistettiin Changxingissa, Zhejiangin osavaltiossa, mutta ei Tiannengin toimesta. Koska ne poistettiin juuri, lisätestejä tai latausta ei suoritettu. Avoin piirin jännitteet olivat seuraavat: Yksikkö 1: 13,42V; Yksikkö 2: 13,36 V; Yksikkö 3: 13,18 V; Yksikkö 4: 12,4V. Ilmeisesti niissä oli vähän elektrolyyttejä. Kotelon avaamisen jälkeen kolmen ensimmäisen pariston jokainen kenno sai 6 ml plus 4 ml elektrolyyttiä, kun taas kenno 4 sai 6 ml plus 2 ml ylimääräistä. Kahden tunnin levon jälkeen lataus aloitettiin aluksi 10 A:lla, vähennettiin 3 A:iin kahden minuutin kuluttua, minkä jälkeen se vaihtui puolen tunnin kuluttua alennustilaan. Kaasuntuotanto alkoi vähitellen. Kennojen 1–3 kaasuntuotanto oli suhteellisen tasaista kaikissa osastoissa, kun taas solussa 4 kaasuntuotanto viidessä osastossa suunnilleen samaan aikaan. Kaasuntuotannon alkamisen jälkeen anodin lähellä olevat osastot eivät kuitenkaan vieläkään tuottaneet merkittäviä määriä kaasua. Lataus lopetettiin. Kapasiteettitestaus paljasti, että solut 1–3 lähestyivät uutta tilaa, kun taas solu 4 tuotti vain 1,5 Ah. Lisää 4 millilitraa vettä jokaiseen kennoon 1–3 ja lataa sitten vaiheittain, kunnes kaikki kennot tuottavat kaasua. Lataa kennoa 4 erikseen tunnin ajan ja pura sitten 5 A:lla. Monitorin liitinjännite: kesti 20 minuuttia pudota 13,2 V:sta 10,5 V:iin ja alle 5 minuuttia saavuttaa 8,32 V. Jatka purkamista 5 A:lla pitäen noin 8,15 V:n jännitettä tunnin ajan ennen testin lopettamista. Miksi pysähtyä? Johtopäätös syntyi: anodin vieressä oleva kenno oli viallinen ja sen kapasiteetti oli noin 1,5 Ah. Lyhyt teoreettinen selitys: 20 minuutin pudotus 13,2 V:sta 10,5 V:iin osoitti, että viallisen kennon (jo huomattavasti alle 1,7 V) kapasiteetti oli alle 1,5 Ah. Jatkamalla 5A purkausta viallinen kenno putosi 0 V:iin. Loput viisi tervettä kennoa (10 V) käännettiin viallisen kennon varaan. Kun viallinen kenno saavutti lähes 2V käänteislatauksessa, se stabiloitui pitkäksi aikaa. Akun napajännite vastasi viiden terveen kennon summaa miinus viallisen kennon käänteinen jännite: 10V - 2V = 8V. Lisäpurkaus on tarpeetonta, koska se vahingoittaisi viittä hyvää solua. Viallisen kennon tunnistaminen: näissä akuissa on huomattavasti pienemmät elektrolyytin täyttöaukot kuin 10 Ah:n yksiköissä. Kotitekoisella lyijypäällysteisellä työkalulla viallinen kenno voidaan määrittää muutamassa sekunnissa. Tässä tapauksessa viisi kennoa osoitti kaasun kehittymistä, kun taas anodin lähellä olevassa kennossa ei. Testaus vahvisti, että tämä kenno oli viallinen ja solujen osittainen erottuminen. Eristetty käsittely palautti tämän kennon 10 Ah:n kapasiteettiin. Korjaus on nyt valmis. Soluissa 1–3 on lähes uusi kapasiteetti, kun taas solun 4 kapasiteetti on 10 Ah (viisi toiminnallista kennoa vastaavat yhdessä solujen 1–3 lähes uutta kapasiteettia).

Menetelmä sulfatoitumisen tarkistamiseksi kantta avaamatta
Tässä on menetelmä sulfaation määrittämiseksi avaamatta akkua: Lataa akku säädettävällä vakiovirtalähteellä, joka on asetettu noin 0,05 C:een. Huomaa, että seuraavat olosuhteet osoittavat sulfatoitumisen. Esimerkkinä 12V akku: alkujännite ylittää 15V (suurempi poikkeama viittaa vakavampaan sulfatoitumiseen), ja latausajan pidentyessä jännite laskee ja lähestyy 15V. Jos vaihdetaan vakiojännitelataukseen, virta osoittaa kasvavaa trendiä. Tämä perustuu käytännön kokemuksiini, kun taas vakiokirjallisuudessa mainitaan tyypillisesti vain oireet, kuten liiallinen lämmöntuotto, ennenaikainen kaasun kehittyminen ja kapasiteetin väheneminen. Olen esitellyt tätä diagnostiikkamenetelmää paikan päällä useille vieraileville alaan erikoistuneille yliopisto-opiskelijoille vertaillen eri sulfatoitumisasteisia lyijyakkuja. Säädettävä vakiovirtalähde on vuoden 1978 suunnitteluni, "New Star Multifunctional Charger", joka sisältyy oppikirjani Black and White Television Installation liitteeseen. Alun perin se käytti 36 V muuntajaa erillisillä lineaarisilla komponenteilla, mutta myöhemmin se päivitettiin integroidun piirin lineaarimalliksi elektronisella kytkimellä ohjatulla vakiovirralla.

Vesihäviön arviointi ilman kotelon avaamista

Vesihäviön määrittäminen ilman kantta avaamatta edellyttää kahta yhtäaikaista ehtoa: 1) 12V akun katkosjännite ylittää 13,2V. 2) Alennettu kapasiteetti. Jopa alakoululaiset voivat ymmärtää nämä periaatteet. Taustalla oleva teoria sisältää kaksi avainkohtaa: 1) avoimen piirin jännite korreloi rikkihappopitoisuuden kanssa; vesihäviö lisää happopitoisuutta ja nostaa päätejännitettä. 2) Veden hävikki alentaa elektrolyyttitasoa, mikä vähentää reagoivan materiaalin määrää ja pienentää kapasiteettia. Lisäselvitys olosuhteisiin: Edellä mainitut arvot viittaavat 12V sähköajoneuvon akun katkosjännitettä puolen tunnin kuluttua latauksesta. Autojen akkujen arvojen tulisi olla pienempiä. Jopa sähköajoneuvojen akuissa merkillä on väliä – esimerkiksi Panasonicin akuilla on alhaisemmat arvot alhaisemman rikkihapon ominaispainonsa vuoksi verrattuna Zhejiang Changxingin akkuihin. Siinä todetaan myös, ettei pidä olla dogmaattinen: esimerkiksi näennäisesti vakiojännitteisessä, mutta alhaisen kapasiteetin akussa on tyypillisesti viisi kennoa, joista puuttuu vettä, joista yksi on osittain irti.

Korjaamattomat standardit
Korjaamattomat standardit (normaalikäytössä ja lyijysulfatoituneissa akuissa):
1.  Korjaamaton, jos siinä on ulkoista muodonmuutosta, halkeamia tai vuotoja.
2.  Korjaamaton, jos siinä näkyy sisäinen rikkoutuminen, mekaaniset vauriot tai ylivaratut levyt, jotka muuttuvat nokimustaksi; tyypillisiä oireita: jännite nousee nopeasti latauksen aikana ja laskee merkittävästi seisomisen jälkeen.
3.  Korjaamaton, jos siinä on huono CEL (Cell Error Light), yksisoluinen vika tai sisäinen itsepurkautuminen. (Haarukkatrukkien irrotettavien akkujen yksittäiset kennot voidaan vaihtaa ja akku palauttaa.)