電動(dòng)自行車用鉛酸蓄電池組并聯(lián)充放電的研究

1、電動(dòng)自行車用鉛酸蓄電池組并聯(lián)充放電的研究來源：全球電源網(wǎng)  2007-07-03 10:50  瀏覽4940次    【 字號(hào)： 大 中 小 】   作者：桂長清      摘要：對(duì)不同荷電態(tài)的電動(dòng)自行車用鉛酸蓄電池組進(jìn)行了并聯(lián)充放電過程的研究。結(jié)果表明：流經(jīng)各組電池的電流是按照電池組的荷電態(tài)而自動(dòng)調(diào)配的。在充放電過程中，原來荷電態(tài)較高的電池組充(放)電電流由小(大)逐步增加(減小)；原來荷電態(tài)較低的電池組充(放)電電流由大(小)逐步減

2、小(增大)，最終各個(gè)電池組的充(放)電電流趨于一致。實(shí)驗(yàn)同時(shí)還證實(shí)了恒電壓并聯(lián)充電可以改善蓄電池組的均勻性，有利于延長蓄電池組的使用壽命。      關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；  并聯(lián)充放電；  均勻性；  使用壽命  電動(dòng)自行車普遍采用由3只6DZMl0閥控式密封鉛酸蓄電池組成36V蓄電池組作為動(dòng)力源。實(shí)車使用結(jié)果表明：3只電池中總有1只過早失效，而不是同時(shí)失效。在嚴(yán)格控制工藝過程的同時(shí)，許多廠家還使用了配組機(jī)，根據(jù)新電池的開路電壓、放電電壓以及放電容量，選取數(shù)值相近的3只電池配成一組。這樣仍避免不了某只電池

3、過早失效。本文作者曾提出適當(dāng)提高蓄電池組的放電終止電壓1和避免深度過放電2的方法來解決此類問題；根據(jù)電動(dòng)自行車用鉛酸蓄電池組并聯(lián)充電的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用蓄電池并聯(lián)充電會(huì)有“偏流”的特性，采用并聯(lián)充電方式進(jìn)一步改善蓄電池組的均勻性，延長蓄電池組的使用壽命。 1 實(shí)驗(yàn) 1.1 并聯(lián)充電將自制的2組(每組3只)6DZMl0電動(dòng)自行車用閥控式密封鉛酸蓄電池組(下文簡稱6DZMl0電池組)，預(yù)先用5A恒流放電至31.5V；然后將第2組電池組先用電動(dòng)自行車用充電器充電4h，再將其和第1組電池組并聯(lián)起來，按照電動(dòng)自行車用充電器的充電模式進(jìn)行充電。每組電池分別接有電流表，以測量流¾各支路的電流Il和I2

4、。在總線路中也接有電流表，測量流¾總線路的電流Io。 1.2 并聯(lián)放電實(shí)驗(yàn)前先將2組(每組3只)6DZMl0電池組用電動(dòng)車用充電器充足電，然后將第2組電池組預(yù)先用5A恒流放電50min，再將其和第1組電池組并聯(lián)接入電路，進(jìn)行恒流放電。 2 結(jié)果和討論 2.1 并聯(lián)充電過程中的電流分配表1是2組(每組3只)6DZMIO電池組并聯(lián)充電時(shí)的電流分配。流¾兩個(gè)支電路的電流總和與流過總線路上的電流是一致的。這意味著并聯(lián)充電過程中，雖然流¾兩組電池組的充電電流不一致，即有“偏流”現(xiàn)象，但不會(huì)出現(xiàn)一些人認(rèn)為的一組電池組會(huì)對(duì)另一組電池組充電的情況。其次，流¾各電池組的充

5、電電流是自動(dòng)按照各電池組的荷電態(tài)來分配的。第2組電池組Ô先已充電4h，其荷電態(tài)較第1組的高，其初始充電電流 就小。隨著充電過程的進(jìn)行，各組電池的容量相差變小，則充 電電流的差別就逐步減小。待到各組電池基本上充足電時(shí)，各 組電池的充電電流就逐步趨于一致。Mass定律指出：電池充電時(shí)的最大充電電流與電池先前放出的容量成正比。表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上符合這一規(guī)律。2.2 并聯(lián)放電過程中的電流分配表2選出了具有代表性的2組(每組3只)6DZMl0電池組并聯(lián)放電時(shí)的電流分配。從表2可以看出：流¾兩個(gè)支路的電流總和也與流過總線路上的電流是一致的。這意味著并聯(lián)放電過程中也不會(huì)出現(xiàn)一組電池對(duì)

6、另一組電池放電的情況。同樣，流¾各電池組的放電電流也是自動(dòng)按照各電池組的荷電態(tài)來分配的。第2組電池組Ô先已放電50min，其初始放電電流小。隨著放電過程的進(jìn)行，各電池組的容量相差變小，放電電流的差別逐步減小。由此可知，蓄電池并聯(lián)放電時(shí)，并聯(lián)電池之間是“相互配合，能者多勞”的；蓄電池串聯(lián)放電時(shí)，流¾各串聯(lián)電池的電流是相同的。顯然，并聯(lián)放電有利于延長蓄電池組壽命。 2.3 并聯(lián)充電對(duì)電池均勻性的影響表3列出了6只6DZMl0電池平均分成2組，進(jìn)行并聯(lián)充電前后，5A放電時(shí)間的變化情況。第1組電池(1，2，3號(hào))Ô來放電時(shí)間較短，這可能跟它們Ô先充電不

7、足有關(guān)，在并聯(lián)充電過程中這一組電池比另一組電池充入的電量多，其放電時(shí)間就會(huì)延長；第2組電池(4，5，6號(hào))Ô來放電時(shí)間雖然較長，但各只電池之間的差別較大。在并聯(lián)充電過程中，這一組電池充電電流較小(表1)，因而¾過并聯(lián)充電后，放電時(shí)間增加很少，但3只電池之間的差別減小了。并聯(lián)充電可以改善蓄電池組的均勻性，是利用了蓄電池并聯(lián)充電過程中出現(xiàn)的“偏流”現(xiàn)象，即充電過程中流¾各只電池的電流，是根據(jù)電池的本身荷電態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。Ô先充電不足的電池會(huì)自動(dòng)分配到較大的充電電流；Ô先荷電態(tài)較高的電池會(huì)自動(dòng)分配到較小的充電電流，最后使各只電池的荷電態(tài)趨向一致。應(yīng)當(dāng)指

8、出，每只6DZMl0電池是由6塊單體電池串聯(lián)而成的。在對(duì)每只電池進(jìn)行并聯(lián)充電時(shí)，電池內(nèi)部的6塊單體電池仍舊是串聯(lián)充電。當(dāng)某塊單體電池出現(xiàn)內(nèi)部微短路或嚴(yán)重失水，導(dǎo)致整只電池性能下降時(shí)，并聯(lián)充電對(duì)它們之間的均勻性所起的作用就不太顯著了。 2.4 均勻性對(duì)蓄電池組壽命的影響由許多只電池串聯(lián)組成的蓄電池組在運(yùn)行過程中，不論是充電還是放電，流過各只電池的電流是相同的。如果各只電池的性能比較均勻，那么它們?cè)诔浞烹娺^程中的電壓值應(yīng)相差不大，全組電池的電壓平均值基本上可以代表各只電池的電壓值。根據(jù)該平均值對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行控制時(shí)，可以使各只電池基本上處于最佳工作狀態(tài)。電動(dòng)自行車用電池組(3只)的放電終止

9、電壓為31.5 V，就是認(rèn)為每只電池的放電終止電壓為10.5V，單體電池的放電終止電壓為1.75V。事實(shí)上各只電池的電壓不可能完全均勻2，當(dāng)有相同的電流在其中流過時(shí)，它們的電壓值必然存在差別，整組電池的平均電壓值就不能完全符合每只電池。用平均電壓值作為監(jiān)控參數(shù)，必然會(huì)使部分電池處于不利的工作狀態(tài)。當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，其中電壓較高的電池就會(huì)提前析氣，溫度升高，電解水反應(yīng)加快，這些變化反過來又促使電池溫升加大，失水量加劇，甚至出現(xiàn)熱失控，加速電池的惡化進(jìn)度，直到失效。電池組中電壓較低的電池，其充電電壓上升很慢，容易造成充電不足，長期如此，必然加劇極板的硫酸鹽化3，使電池的容量下降，引起電池提

10、前失效。當(dāng)蓄電池處于放電狀態(tài)時(shí)，容量較小的電池放電深度就加深。整組電池放電到31.5V時(shí)，就可能使某只電池的放電電壓降至規(guī)定的終止電壓以下，加深放電深度，縮短電池壽命；與此相反，Ô來電壓較高的電池還沒有放到終止電壓，即放電深度變淺，這就使各只電池之間的均勻性變差，最終必然進(jìn)一步縮短整組電池的壽命。實(shí)踐證明，電動(dòng)自行車用閥控式密封鉛酸蓄電池組不論是在使用過程中還是在壽命實(shí)驗(yàn)過程中，一旦出現(xiàn)1只落后的電池，它跟正常電池的差距就會(huì)很快增大，這是由上述惡性Ñ環(huán)所致。 3 并聯(lián)充電及其時(shí)機(jī)選擇并聯(lián)充電是將3只電池由串聯(lián)改成并聯(lián)，然后采用恒壓 (14.1-14.4V)限流(6.0-7.

11、2A)同時(shí)給3只電池充電，接著保持電壓不變，直到電流下降到0.10.2A為止。并聯(lián)充電不能使用Ô來的車用充電器，應(yīng)當(dāng)使用低電壓 (14.114.4V)大電流(6.07.0A)的充電器。目前已有廠家研制出供單只電動(dòng)自行車用閥控式密封鉛酸蓄電池充電用的充電器。利用這種充電器可以將3只電池用手工并聯(lián)起來進(jìn)行充電。鉛酸蓄電池是一種漸變失效的產(chǎn)品4，根據(jù)本文作者以前觀察研究的結(jié)果1，在鉛酸蓄電池使用壽命的前2/3階段，其均勻性是比較好的；在后1/3階段，其均勻性才開始迅速惡化?；谶@一特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)這樣選擇并聯(lián)充電時(shí)機(jī)：a新電池每次的放電深度不要超過80，在使用約3個(gè)月之后，再進(jìn)行并聯(lián)充電，一般每

12、兩周充1次就可以了。b不論新電池還是舊電池，只要發(fā)生了過放電(電池電壓已降到電壓紅線)，則當(dāng)天就應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)充電。 4 小結(jié)a電動(dòng)自行車用電池組恒壓并聯(lián)充電時(shí)，流¾各只電池的電流是根據(jù)電池的荷電態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)的，既不會(huì)有一只電池給另一只電池充電，也不會(huì)出現(xiàn)某只電池過充電的現(xiàn)象。b在電池壽命中期以前，每兩周將同一組3只電池進(jìn)行恒壓并聯(lián)充電，有利于提高整組電池的均勻性，并對(duì)延長蓄電池組的使用壽命有利。當(dāng)壽命后期某塊單體電池嚴(yán)重失效時(shí)，并聯(lián)充電對(duì)它們之間的均勻性所起的作用不太顯著。參考文獻(xiàn)：1 GUI Chang-qing(桂長清)。電動(dòng)自行車用VRLA電池的配組J。Battery Bimonthly(電池)，2005，35(3)：214215。 2 GUI Chang-qing(桂長清)，LIU Rui-hua(柳瑞華).電動(dòng)助力車用VRLA電池組的均勻性JBattery Bimonthly(電池)，2006，36(3)：210211 3 Henry A C，F(xiàn)red F F，F(xiàn)rancisco