生产的电池容量是否达标,装车使用后的电池容量是否有衰减,目前业界主要采用恒流放电测量法。即通过专门的仪器,给电池加上负载,让电池以设定的恒定电流持续放电,直至电池容量放尽时统计放电时间和放出电量的多少来判断电池的真实容量。除此以外的其他方法都只能作为参考,无法准确真实检测出电池的真实容量。
额定电压为12V的电池,正负极两端电压并非恒定在12V不变,电量越足电压越高,电量越少电压越低。单只12V电池充满电静置数小时后,空载电压一般在13.3V左右。电池如果存放,则由于自放电,电压会逐渐下降,长时间存放电池会硫化失效,无法充电。电池如果负载工作,则电压会从13.3V左右持续下降,当电压下降到10.5V(负载电压)时,行业标准定义为电池电量用尽,此时电池不能继续负载工作,应及时充电,否则过放电可能导致电池损坏。根据我们的实践经验,当电池空载电压约等于额定电压时,电池剩余电量约为50%左右。
1.电池放电检测标准简介
第二大部分已经介绍了额定电压和额定容量,现在介绍小时倍率和容量倍率。目前电动车电池主要采用2小时倍率(2hr)和3小时倍率(3hr)两种标准,额定容量12AH~20AH的电池采用2hr,32AH~45AH及以上的采用3hr。小时倍率决定放电电流设定值,这个值主要关系到电池的放电容量检测结果数据,放电电流设定值越大,放出电量(容量)会比额定容量小(放电时间会缩短),反之会比额定容量大(放电时间会延长)。
其实电池厂家应该在标明电池型号的同时,标上小时倍率,有些小厂会将45AH电池标成“60AH(10hr)”的情况,也就是说,电池的标准容量应为45AH(3hr),厂家故意标成60AH,后面加上10hr,存在虚标的嫌疑。
如12V20AH(2hr)电池,检测它的实际容量,行业标准是这样的:充满电的12V20AH电池,以恒定10A电流持续放电,放到截止电压10.5V时停止放电,放出的总电量(容量)达到20AH以上,小时倍率可以理解成放电时间,即放电时间达到2小时(120分钟)以上为容量达标。
因此检测电池容量主要有三个参数:放电电流、放电时间和放出电量。
(1)放电电流的计算方法:放电电流=额定容量除以小时倍率=额定容量乘以
电动车12V20AH(2hr)电池,为2小时倍率标准(其他行业用途的电池一般为5~20小时倍率),表示额定容量为20AH的电池,电量要在2小时放完,那么每小时(H)就要放掉10AH的电量,因此放电电流应恒定在10A(10A=20AH除以2hr=20AH乘以,又称为0.5C,即0.5容量倍率)。
同理,12V45AH(3hr)电池,为3小时倍率,因此放电电流应为15A(45AH除以3hr=15A),放电到10.5V时停止放电,放电时间应为3小时(180分钟)以上,放出电量应在45AH以上,方为容量达标。
(2)放电截止电压的计算方法
电池单格额定电压为2V,当负载电压下降到1.75V时,表示电量用尽,因此12V电池的放电截止为1.75V乘以6格=10.5V。同理,16V电池的放电截止电压应为1.75V乘以8格=14V。
2.电池充电检测标准简介
判断电池电量用尽比较简单,要判断电池电量充满则比较复杂。因为无论是电池生产检测,还是电动车实际骑行过程中,要判断电池电量的消耗,只需要监测实时电压值即可,而充电则至少要监测实时电压值和实时电流值。
目前铅酸电池均采用三阶段充电法,即恒流段、恒压段和浮充段(又称涓流段),主要涉及参数有:最大充电电流、最高充电电压(又称高恒压)、转灯电流(又称转折电流)、浮充电压(又称低恒压)等。
(1)相关参数的计算方法
额定电压为2V的电池单格的最高充电电压应限制在2.45V以下,则12V电池的最高充电电压为14.7V左右(2.45V乘以6格=14.7V),同理,16V电池的最高充电电压为19.6V左右(2.45V乘以8格=19.6V)。
最大充电电流I=(0.12~0.15)乘以容量,简称0.12~0.15C(0.12~0.15倍容量),12V20AH电池的最大充电电流=0.12乘以20至0.15乘以20之间,即2.4A~3A,常规一般为2.5A~3A电流。
铅酸蓄电池的充电和放电是两个不同的电化学反应,其特性决定了充电电流不能像放电电流那么大,因此电池的充电时间为8-10小时左右。
转灯电流,是电池充电过程中,充电器从恒压段进入浮充段的唯一判断依据(转折点,故此称转折电流),当充电电流下降到转灯电流值以下,充电器从红灯转为绿灯(形象的说法叫转灯电流)。
转灯电流≈0.24乘以最大充电电流I,即最大充电电流的0.24倍,因此,容量为20AH的电池,转灯电流约为0.57A-0.72A,常规一般为0.55A~0.65A。
单格的浮充电压为2.3V左右,则12V电池的浮充电压为13.8V左右(2.3V乘以6格=13.8V),同理,16V电池的浮充电压为18.4V左右(2.3V乘以8格=18.4V)
(2)三阶段充电器充电过程简介(以12V20AH电池为例)
12V铅酸电池三阶段充电曲线图
单只12V20AH电池在电量用尽之后,电压会从10.5V回升到11V以上,一般不超过12V,此时使用配套充电器给电池充电,充电器红灯点亮,风扇转动,开始恒流段充电。由于电池处于亏电状态,充电器会以最大充电电流3A对电池进行充电,电压会逐渐上升,当充电电压上升到14.7V时,恒流段结束,进入恒压段(锁定14.7V不能再上升,否则会损坏电池),随着电量不断饱和,电流会逐步下降,当电流下降到转灯电流设定值(约0.65A)以下时,充电器进入浮充段,红灯转绿灯,风扇停止转动(浮充段功率较小,因此被动散热即可),充电电压自动下降到13.8V左右,并以小电流浮充,一般为0.2-0.4A。由于浮充段补充的电量非常有限,可以忽略不计,所以此时可以认为电池已经充满电,充电器已经结束充电了。
浮充,是用略高于电池的端电压,由少量电流来补偿充电,会根据电池的充电饱和度动态调节,如果电池没有完全充满,则可以在浮充段补充,如果已经充满了,则浮充段的电流接近0,不会对电池进行强充猛灌,浮充段能安全有效地达到不欠充不过充的目的。
市面上所售的电池充放修一体机(电池容量测试仪),通常在结束恒压段转灯后不再输出小电流补充电,并没有浮充段,因此笔者推断电池厂很可能也采用相同的做法省略了浮充段,如果推断属实,其转灯电流值的设定必定会偏低,以确保电池在恒压段即完全充满电,不需要依靠浮充段补充电,其目的在于节省时间。
因此笔者认为整车配套的充电器在设计上应该保留一定余量,不能照搬电池厂生产检测的参数,因为电池装车后有足够的时间用来浮充,没必要在恒压段就把电量充满,照搬电池厂参数容易造成电池过充缩短寿命。以后我们会有专门文章作详细介绍。
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