楊廣福,鄧亮,李晨旗,曹云鵬,謝曉東
(陜西凌云蓄電池有限公司,陜西 寶雞 721304)
近年來,為了提高司乘人員的舒適性,重型卡車基本上都帶有逆變供電功能,將24V的直流電轉(zhuǎn)化為220V的交流電,向電熱毯、電磁爐、熱水器、駐車空調(diào)等車載電器供電。當發(fā)動機停止后,起動用蓄電池就成了唯一的供電電源。在實際使用過程中,蓄電池熱失控、短路、虧電、使用壽命短等不良現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為了提高系統(tǒng)運行的可靠性,各蓄電池制造商針對蓄電池的循環(huán)耐久能力、充電接受性能進行了大量的改進工作,但收效甚微。
蓄電池的使用性能除受制造因素影響外,使用條件中如充電方法、放電深度、使用環(huán)境等因素也會嚴重影響蓄電池效能的發(fā)揮。目前,重型卡車均采用了24V系統(tǒng)。車載的充電方法為恒功率輸出充電模式。最大輸出電壓為28.5V[1]。充電電流主要受發(fā)電機的輸出功率控制,一般在50~70A。當蓄電池主要為車輛的起動以及偶爾的車載電器供電使用時,由于蓄電池的放電量很小,且放電深度很淺,常規(guī)28.5V的充電方法完全可滿足蓄電池的使用要求。但是,當蓄電池在給駐車空調(diào)等大功率電器供電的使用模式下,該充電方法的可靠性和有效性值就得商榷。本文中,筆者主要是通過對增強富液式蓄電池的充電方法的研究,為車載充電方法的改進提供依據(jù),以提高系統(tǒng)運行的可靠性。
實驗中,采用的12V220Ah蓄電池在性能上滿足JB/T12666—2016要求[2],在40℃下50%DOD循環(huán)耐久壽命在240次以上。試驗儀器主要為BTS600電池測試系統(tǒng)(迪卡龍(青島)電子有限公司)。
在25℃±2℃下,將完全充電的蓄電池先以30A放電30min,再以16A放電5.5h后,用恒壓U1,限流60A連續(xù)充電6h。記錄充電2h時的充電電流I,以及充電4h時充電量與放電量的比值R。其中14.25V是根據(jù)重型卡車28.5V的最大充電電壓折算的。從表1可以看出:蓄電池放電103Ah后,按恒壓限流60A的充電模式充電時,隨著充電電壓從14.25V升高至16.00V,充電2h時的電流從12.79A逐漸下降至9.63A;當充電電壓為15.50V時,充電2h時的充電電流為9.79A。隨著充電電壓的升高,充電電流在60A的持續(xù)時間較長,充電量較大,所以后期的充電電流較小。
表1 充電電壓、電流與充放電量比
在放電量相同時,隨著充電電壓的升高,充電4h時的充電量逐步增加,充電量與放電量的比值R由0.981逐步升高至1.021。當充電電壓為15.50V時,充電量與放電量的比值R達到1.003,說明此時只有充電量超過放電量,才有可能持續(xù)保持蓄電池的性能;在充電過程中,過充的電量主要用于電解液中水分的電解。當水分的電解消耗較大時,蓄電池的實際使用壽命會縮短。由此說明在25℃條件下,單只蓄電池的充電電壓為15.50V比較理想。
在不同的溫度下,將完全充電的蓄電池按要求進行充放電循環(huán):①以30A放電30min,再用16A放電5.5h;②以恒壓U2限流60A,連續(xù)充電t1。步驟①~②為一個循環(huán)周期。當放電過程中蓄電池的端電壓低于10.0V時,試驗結(jié)束。
在25℃以恒壓U2為14.25V充電8h進行循環(huán)耐久能力試驗時,蓄電池16A放電結(jié)束時的端電壓與循環(huán)壽命的關系如圖1所示。圖1中,蓄電池在第19次循環(huán)放電結(jié)束時,端電壓下降至9.93V,致使試驗結(jié)束。對失效的蓄電池在25℃用恒壓16V,限流55A完全充電后,20小時率容量恢復到了223Ah,說明蓄電池的失效是由虧電引起的,也進一步說明單只蓄電池用14.25V的電壓充電8h可造成虧電。
在25℃以恒壓U2為15.50V充電4h,進行循環(huán)耐久能力試驗時,蓄電池16A放電結(jié)束時的端電壓與循環(huán)次數(shù)的關系如圖2所示。圖2中,在循環(huán)前期蓄電池端電壓有所波動,但80次循環(huán)以后基本穩(wěn)定。完成180次循環(huán)后,蓄電池的電壓依然平穩(wěn),未發(fā)現(xiàn)有衰減的跡象,說明25℃下15.50V的電壓充電4h,可滿足使用要求。
在40℃以恒壓U2為15.20V充電4h,進行循環(huán)耐久能力試驗時,蓄電池16A放電結(jié)束時的端電壓與循環(huán)次數(shù)的關系如圖3所示。圖3中,將15.50V(25℃)的充電電壓按-20mV/℃校正至15.20V(40℃)后,蓄電池在40℃以15.20V充電4h的循環(huán)過程中端電壓比較平穩(wěn),稍高于25℃15.50V下的測定值。并且經(jīng)過180次的循環(huán)后,未發(fā)現(xiàn)蓄電池有衰減的跡象,說明40℃下15.20V的充電電壓也可滿足使用要求。
對比圖1與圖2可以說明,參照重型卡車發(fā)動機28.5V的輸出電壓,將單只蓄電池按“在25℃,恒壓14.25V限流60A充電8h,以30A放電0.5h,再以16A放電5.5h?!钡难h(huán)模式進行試驗,蓄電池完成充放電循環(huán)19次后就出現(xiàn)了虧電現(xiàn)象。然而,將充電電壓提高至15.50V,充電時間降至4h后,蓄電池完成180次循環(huán)后,狀態(tài)依然正常。這說明,用蓄電池帶動駐車空調(diào)的工作模式下,發(fā)動機輸出電壓28.5V不能滿足蓄電池的充電要求,充電車載充電電壓應達到31.0V。
為防止蓄電池的過充電引起失水,造成循環(huán)耐久能力降低,可通過充電過程中的電流對充電時間進行控制。當蓄電池充滿電后即可切換至浮充狀態(tài)。在25℃時,對于額定容量為220A的蓄電池,當充電電流下降至10A,再繼續(xù)充電2h,然后切換至浮充狀態(tài),即采用三段式充電模式[3]。參照不間斷電源系統(tǒng)的12V蓄電池的浮充電壓值13.5V[4],確定重型卡車的浮充電壓為27.0V。
為防止溫度對充電過程有影響,可根據(jù)蓄電池溫度對充電電壓進行校正,確定溫度校正系數(shù)為-40mV/℃。
通過對蓄電池的充電電壓和循環(huán)耐久能力進行試驗,確定了具有220V逆變輸出功能的重型卡車對增強富液式蓄電池的充電方法為:在25℃時,最大充電電壓為31.0V,最大充電電流為70A;當充電過程的電流值下降至蓄電池額定容量的1/22時,用31.0V電壓繼續(xù)充電2h;之后切換至浮充充電,浮充電壓為27.0V。可根據(jù)蓄電池的工作環(huán)境溫度,采用-40mV/℃的溫度校正系數(shù)校正充電電壓。