適用于AGM、EFB、FB蓄電池的充電工藝的設(shè)計(jì)與研究

易 琨，唐 路，程 娟，嚴(yán) 康，胡承建

(神龍汽車有限公司 技術(shù)中心，武漢 430056)

隨著汽車混合動(dòng)力技術(shù)和怠速啟停功能[1-2]的廣泛應(yīng)用，對(duì)車載起動(dòng)型蓄電池的性能提出了更高的要求，目前市場(chǎng)流行的12 V汽車怠速啟停功能蓄電池有富液加強(qiáng)型鉛酸蓄電池(enhanced flooded battery，EFB)和貧液閥控吸附式玻璃纖維棉隔板鉛酸蓄電池[1](absorbed glass mat，AGM )，加上富通富液免維護(hù)鉛酸蓄電池(flooded battery，F(xiàn)B，無怠速啟停功能)。

由于這3種蓄電池的結(jié)構(gòu)、功能及作用原理不同，導(dǎo)致這3種蓄電池的充電維護(hù)工藝(即充電過程中復(fù)雜的控制參數(shù)——恒壓限流值、恒流限壓值、階段充電時(shí)長(zhǎng)、階段間轉(zhuǎn)換條件、報(bào)警診斷策略等)也不盡相同，其中EFB和AGM的充電通常采用多階段智能充電技術(shù)[3]。一家售后網(wǎng)點(diǎn)或者售后維修服務(wù)站，為了滿足多種蓄電池的充電需求，通常要為這3種蓄電池配備2～3種專用充電設(shè)備，導(dǎo)致維修成本的增加。

本文以多階段模糊自適應(yīng)PID控制全智能充電技術(shù)為背景，闡述了一套適合這3種電池的充電工藝，并將這套充電工藝集成在一臺(tái)全智能微機(jī)控制的充電設(shè)備里，通過進(jìn)入不同人機(jī)操作界面對(duì)蓄電池進(jìn)行充電維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了維修成本的節(jié)約。

1 AGM、EFB、FB蓄電池充電特點(diǎn)和要求概述

1.1 AGM蓄電池的充電特點(diǎn)和要求概述

AGM蓄電池是一種閥控鉛酸蓄電池(valve regulated lead-acid battery，VRLA)，具有怠速啟停功能。AGM蓄電池與普通富液蓄電池相比，由于結(jié)構(gòu)原理上采用了貧液設(shè)計(jì)、吸附式玻璃纖維棉隔板[4]吸附電解液防止層化、極板和隔板緊裝配等設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致AGM蓄電池對(duì)充電工藝和充電機(jī)的要求與普通富液蓄電池有很大不同。

傳統(tǒng)老式富液鉛酸蓄電池(FB)的充電選用一般整流電源即可，而AGM電池必須使用專用的充電設(shè)備進(jìn)行多階段智能充電。充電過程不能過充電，對(duì)充電電壓要求有很高的電壓控制精度，否則會(huì)引起蓄電池過充或充電飽和度不足。普通充電機(jī)的輸出電壓常為16～18 V，而且不能智能控制限壓和采用智能多階段多充電方法充電。用普通充電機(jī)對(duì)AGM蓄電池充電極易損壞蓄電池。由于AGM鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì)，隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入，因而電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差，熱容量小。充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧到達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)導(dǎo)走，則會(huì)使蓄電池內(nèi)部溫度升高。如若充電后期(平充恒壓限流或者浮充階段)沒有及時(shí)降低充電電壓，則充電電流就會(huì)加大，導(dǎo)致析氧速度增大，又反過來使蓄電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去，就會(huì)引起熱失控現(xiàn)象[5]。所以，在充電后期控制最大電壓不得高于14.8 V。充電全過程要盡可能減少熱量的產(chǎn)生，防止發(fā)生熱失控導(dǎo)致蓄電池受損。

1.2 EFB富液加強(qiáng)型鉛酸蓄電池的充電特點(diǎn)和要求概述

EFB蓄電池是一種富液加強(qiáng)型鉛酸蓄電池。EFB蓄電池定位是介于普通富液蓄電池(FB)與AGM蓄電池之間的一種產(chǎn)品，也具有怠速起停功能。在傳統(tǒng)富液蓄電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，EFB蓄電池采用了較厚的隔板和聚酯絨物，通過調(diào)整活性物質(zhì)(高密度活性材料)以及電解液配方，從而提高電解液深循環(huán)性能，因而能適應(yīng)怠速起停功能的要求。

EFB蓄電池為了應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速啟停功能采用了放電性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了滿足汽車初次啟動(dòng)、怠速后的再起動(dòng)、怠速中的電源供應(yīng)的使用需要，EFB蓄電池始終處于嚴(yán)酷的使用環(huán)境下，而長(zhǎng)時(shí)間市區(qū)內(nèi)行駛或者頻繁起停易導(dǎo)致EFB蓄電池電壓下降而虧電。與普通富液蓄電池(FB)相比也就比較容易過放電，而過放電會(huì)引起蓄電池深虧電并出現(xiàn)硫化現(xiàn)象，同時(shí)由于極板間的間隙相比普通富液電池(FB)變小，所以更容易引起極板間的內(nèi)部晶體穿透短路，導(dǎo)致蓄電池失效，所以必須定期補(bǔ)充電。

EFB蓄電池在怠速啟停狀態(tài)下的充放電量與傳統(tǒng)富液電池相比有了大幅度的增加，結(jié)果導(dǎo)致頻繁地使用中間充電狀態(tài)的部分充電狀態(tài)(partial state of charge，以下簡(jiǎn)稱PSOC)。在這種狀態(tài)下繼續(xù)使用時(shí)，電解液將出現(xiàn)層化。所謂的層化含義是指:通過充電由極板排出高濃度的硫酸沉積在單格的下部，使單格的上下部位出現(xiàn)電解液濃度的差異。同時(shí)EFB蓄電池與普通富液蓄電池(FB)相比，EFB蓄電池極板的格子細(xì)小、數(shù)量多、極板間隙小，不利于電解液混合，在EFB蓄電池深放電后、充電后期相比普通富液(FB)蓄電池更易發(fā)生電解液層化現(xiàn)象。

EFB蓄電池的充電工藝需要準(zhǔn)確的蓄電池開路電壓(open circuit voltage，OCV)數(shù)據(jù)，即開路電壓與荷電態(tài)(state of charge，SOC)直接相關(guān)[6]。由于EFB電池的電解液存在酸分層現(xiàn)象，酸密度存在濃度梯度，開路電壓不準(zhǔn)確，利用開路電壓OCV預(yù)測(cè)荷電態(tài)SOC的預(yù)測(cè)性差，即依據(jù)發(fā)生酸層分層的開路電壓數(shù)據(jù)估算荷電態(tài)SOC，存在高估蓄電池性能的風(fēng)險(xiǎn)。為此，EFB蓄電池的充電工藝需要采取抑制酸分層的措施，防止開路電壓OCV與荷電態(tài)的不匹配，以及充電可接受能力的下降和活性物質(zhì)過度硫酸鹽化，導(dǎo)致電池早期失效。

1.3 FB蓄電池的充電特點(diǎn)和要求概述

FB蓄電池是一種普通富液鉛酸蓄電池，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不再冗述。由于都是富液電池，F(xiàn)B蓄電池與EFB蓄電池的充電要求大致相同。普通富液蓄電池(FB)相比EFB蓄電池極板數(shù)量少且間隙較大，便于電解液混合，由于設(shè)計(jì)的工作環(huán)境不是怠速頻繁起停狀態(tài)，也就不會(huì)發(fā)生PSOC，其結(jié)果是電解液層化的幾率較EFB相對(duì)小些，但也不能完全避免層化。FB蓄電池在深虧電缺少補(bǔ)充電維護(hù)的情況下，也易發(fā)生硫化及結(jié)晶短路失效。在大多數(shù)淺虧電情況，普通充電機(jī)(整流電源)的定電壓充電方法可以對(duì)FB蓄電池進(jìn)行充電維護(hù)(單一充電方法、非智能多階段充電方法)。但是對(duì)于深虧電出現(xiàn)硫化現(xiàn)象時(shí)，普通充電機(jī)的單一定電壓恒壓充電方法卻無能為力。為了解決FB蓄電池深虧電硫化后很難恢復(fù)蓄電池額定容量現(xiàn)象，同樣FB蓄電池也必須采取多階段多充電方法的智能充電，并且充電工藝也有抑制酸層分層的措施。

2 AGM、EFB、FB蓄電池充電工藝設(shè)計(jì)

2.1 概述

本充電技術(shù)方案適用于AGM、EFB、FB 3種汽車用12 V起動(dòng)用鉛酸蓄電池的充電要求。按照本充電技術(shù)方案設(shè)計(jì)的全智能充電機(jī)設(shè)計(jì)了3個(gè)液晶操作界面，可以按鍵選擇AGM、EFB、FB三種蓄電池后進(jìn)入相應(yīng)的充電工藝程序進(jìn)行充電操作。充電步驟分為模式自動(dòng)識(shí)別、軟啟動(dòng)、預(yù)診斷、激活、分析、快速充電、短路診斷、平充、診斷、修復(fù)(FB、EFB蓄電池特有)、浮充共11個(gè)充電階段。大部分充電階段，充電機(jī)內(nèi)部的跟蹤比較電路和微機(jī)程序都能對(duì)充電電路電壓、充電電流進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)計(jì)算累計(jì)充電機(jī)總輸出功率和即時(shí)功率(反映蓄電池的充電已接受容量值)，將結(jié)果交給后臺(tái)程序進(jìn)行判斷后，調(diào)用下一步驟充電階段程序繼續(xù)運(yùn)行直至充滿或者充電途中報(bào)警提示更換蓄電池并暫停充電。

1)模式自動(dòng)識(shí)別

利用全智能充電機(jī)的內(nèi)部高精度A/D轉(zhuǎn)換比較器對(duì)蓄電池OCV開路電壓進(jìn)行判斷。根據(jù)比較判斷的結(jié)果調(diào)用和使用不同開路電壓OCV區(qū)間下的充電工藝和報(bào)警程序。如果蓄電池電壓<3 V，報(bào)警提示故障蓄電池，并提示更換。

2)軟啟動(dòng)

對(duì)蓄電池OCV開路電壓為3～11.5 V區(qū)間的深虧電并懷疑有硫化現(xiàn)象的蓄電池進(jìn)行試充電，時(shí)長(zhǎng)1 h，采用分階段小電流恒流限壓方式充電，保證充電電流符合馬斯定律,小于并等于蓄電池充電可接受電流,避免充電電流過大發(fā)生極板發(fā)熱歪曲變形[7-9]。

保證1 h內(nèi)向蓄電池輸出3.5A·h容量(功率)。充電電流1A、2A、大于或等于3.5A梯形分階段逐步升高，保證每階段向蓄電池充進(jìn)相同容量(3.5/3 A·h)。

本階段根據(jù)不同的充電電流，充電電壓自動(dòng)升高，充電電流、充電電壓、充進(jìn)的容量的關(guān)系符合模糊自適應(yīng)PID控制算法。

3)預(yù)診斷

本階段將進(jìn)一步提高充電電壓(充電機(jī)輸出電壓)與蓄電池OCV開路電壓的電壓差，預(yù)計(jì)充電電流會(huì)在30 s內(nèi)上升且大于等于3.5 A，此狀態(tài)為蓄電池正常狀態(tài)。如果提高充電電壓(充電機(jī)輸出電壓)后，30 s內(nèi)充電電流大于等于3.5A，充電機(jī)DSP芯片判斷蓄電池狀態(tài)正常，則充電轉(zhuǎn)入激活(階段4))繼續(xù)充電，如果充電電流小于3.5 A，充電機(jī)電腦芯片判斷蓄電池狀態(tài)不正常，軟啟動(dòng)不成功，則再轉(zhuǎn)入軟啟動(dòng)(階段2))進(jìn)行為期30 min的第2輪軟啟動(dòng)。

如進(jìn)入第2輪軟啟動(dòng)后，則保證第2輪軟啟動(dòng)向蓄電池輸出1.75 A·h容量(功率)。

充電電流按從進(jìn)入預(yù)診斷初期電流到3.5 A梯形分階段逐步升高，保證每階段向蓄電池輸出1.75/3 A·h容量(功率)。

第2輪軟啟動(dòng)階段根據(jù)不同的充電電流，充電電壓自動(dòng)升高，充電電流、充電電壓、輸出的容量的關(guān)系同樣符合模糊自適應(yīng)PID控制算法。

在第2輪軟啟動(dòng)結(jié)束后，繼續(xù)提升充電電壓(充電機(jī)輸出電壓)與蓄電池的OCV開路電壓差，充電機(jī)DSP芯片對(duì)充電電路中充電電流是否大于等于3.5 A，進(jìn)行再判斷30 s。充電電流大于等于3.5 A，判斷蓄電池狀態(tài)正常，則充電轉(zhuǎn)激活(階段4))繼續(xù)充電，如果充電電流小于3.5 A則判斷蓄電池故障，并報(bào)警提示更換。

4)激活

本階段對(duì)經(jīng)過預(yù)診斷階段判斷為功能正常的蓄電池進(jìn)行恢復(fù)性充電，消除硫化現(xiàn)象，激活蓄電池正?；瘜W(xué)反應(yīng)功能，儲(chǔ)存一部分化學(xué)能。采用恒流限壓方式充電，充電電流比軟啟動(dòng)階段末期充電電流提高1倍(達(dá)到7 A)。本階段采取保證充電時(shí)長(zhǎng)策略，充電電壓限壓值：AGM為15 V，EFB、FB為16.5 V。本階段充電過程均不超過該值。

充電電壓(充電機(jī)輸出電壓)隨充電過程逐步升高，由微機(jī)程序控制。

本階段充電電流符合馬斯定律，小于并接近等于此階段蓄電池充電可接受電流，避免充電電流過大發(fā)生極板發(fā)熱歪曲變形[7-9]。本階段充電的恒流值、限壓值、充電時(shí)長(zhǎng)(針對(duì)各個(gè)產(chǎn)品型號(hào)和每個(gè)蓄電池初始OCV開路電壓區(qū)間的具體充電時(shí)長(zhǎng))符合表1中規(guī)定，并保證不低于表1中規(guī)定的充電時(shí)長(zhǎng)。經(jīng)過本階段的充電激活后，消除了大部分硫化現(xiàn)象，為下階段的分析、快速充電做準(zhǔn)備。表1中的每種蓄電池不同初始開路電壓OCV區(qū)間的本階段具體充電時(shí)長(zhǎng)都在實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證過。

考慮到11.6 V<蓄電池初始OCV開路電壓<12 V時(shí)(對(duì)應(yīng)的蓄電池生產(chǎn)廠提供的蓄電池參考SOC狀態(tài)在0～30%區(qū)間)，此區(qū)間虧電程度較深，故對(duì)所有初始初始OCV開路電壓>11.6 V的蓄電池(EFB、FB、AGM)先進(jìn)行7 A恒流30 min功能恢復(fù)性充電后轉(zhuǎn)入分析(階段5))。

本階段充電電流、充電輸出電壓及充電機(jī)輸出容量(功率)關(guān)系符合模糊自適應(yīng)PID控制算法。

5)分析

本階段對(duì)經(jīng)過激活階段(階段4))的蓄電池進(jìn)行分析診斷，預(yù)計(jì)經(jīng)過激活階段后蓄電池電壓會(huì)升高。

本階段將充電機(jī)停機(jī)30 s，充電輸出電壓降為0，對(duì)接入充電機(jī)電路的蓄電池開路電壓OCV值進(jìn)行判斷，如果高于預(yù)設(shè)值(見表1),則轉(zhuǎn)入下一階段充電，如果低于預(yù)設(shè)值，則判斷蓄電池故障，報(bào)警提示更換。

6)快速充電

本階段對(duì)經(jīng)過分析(階段5))判斷功能正常的電池，進(jìn)行快速補(bǔ)電，采取大電流分階段恒流限壓充電方法(充電電流小于等于15 A、一般分為2～3個(gè)分階段恒流階段——根據(jù)蓄電池狀態(tài)通過控制算法調(diào)整充電階段數(shù)和參數(shù)、充電電流控制在15 A、12 A左右、10 A左右)，已經(jīng)考慮了低于并接近于蓄電池可以接受充電電流。

在本階段充電末期，如果充電機(jī)內(nèi)部電壓跟蹤檢測(cè)電路檢測(cè)到充電機(jī)輸出電壓等于限壓值且在10 s內(nèi)不再變化時(shí)(見表1，14.4 V:AGM蓄電池,16 V:FB、EFB蓄電池)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)入平充(階段8))。同時(shí)經(jīng)過本充電階段后，蓄電池的容量接近額定值的80%。本階段控制充電最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)4 h。對(duì)于初始開路電壓OCV<11.6 V的蓄電池，如果在4 h內(nèi)沒有完成本階段則轉(zhuǎn)入短路診斷階段77。

本階段充電電流、充電電壓及充電輸出容量(功率)關(guān)系符合模糊自適應(yīng)PID控制算法。

7)短路診斷

本階段僅對(duì)初始開路電壓OCV<11.6 V的沒有完成快速充電(階段6))且充電時(shí)長(zhǎng)已達(dá)4 h的蓄電池進(jìn)行短路診斷，具體策略如下：

3 V<蓄電池初始OCV開路電壓<9 V時(shí)，充電機(jī)輸出電壓等于限壓值且在10 s內(nèi)仍變化時(shí)，則快速充電(階段6))沒有完成，如果計(jì)算出的充電機(jī)累計(jì)輸出功率在82～92 A·h區(qū)間時(shí)，充電電流仍然保持在15 A，則判斷蓄電池故障，報(bào)警提示更換。如果充電電流小于15 A則強(qiáng)制進(jìn)入平充(階段8))。

9.1 V<蓄電池初始OCV開路電壓<11.5 V時(shí)，充電機(jī)輸出電壓等于限壓值且在10 s內(nèi)仍變化時(shí)，則快速充電(階段6))沒有完成，如果計(jì)算出的充電機(jī)累計(jì)輸出功率在72～78 A·h時(shí)，充電電流仍然保持在15 A，則判斷蓄電池故障，報(bào)警提示更換。如果充電電流小于15 A則強(qiáng)制進(jìn)入平充(階段8))。

8)平充

本階段采用恒壓限流充電方法，限制最大充電電流小于15 A，充電電流曲線符合馬斯對(duì)數(shù)曲線下降[7-9]。充電電流控制在小于蓄電池最大充電可接受的電流，實(shí)現(xiàn)最小氣體析出率。充電電流、充電電壓關(guān)系通過微機(jī)控制算法進(jìn)行控制。

注意：在快速充電(階段6))和平充階段(階段8))，AGM蓄電池控制限壓14.4 V比EFB、FB蓄電池都低，是為了避免熱失控現(xiàn)象。

9)診斷

在平充階段8)末期，如果充電機(jī)內(nèi)部充電電流監(jiān)測(cè)電路檢測(cè)到充電電流小于3 A，則自動(dòng)進(jìn)入本階段。

本階段先后采用2種判斷蓄電池故障的策略：

充電機(jī)停止電壓輸出，對(duì)接入充電回路的蓄電池開路電壓OCV進(jìn)行60 s的判斷，如果蓄電池OCV電壓小于12.6 V，則判斷為蓄電池故障，報(bào)警提示更換。

如果此時(shí)蓄電池電壓大于12.6 V，則用充電機(jī)內(nèi)部DSP芯片計(jì)算和存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)累計(jì)充電機(jī)輸出電功率(反映已充入蓄電池的容量)進(jìn)行判斷。判斷時(shí)長(zhǎng)30 s，如果大于等于預(yù)設(shè)值判為正常狀態(tài)，對(duì)于AGM蓄電池轉(zhuǎn)入浮充(階段11))，對(duì)于EFB、FB蓄電池轉(zhuǎn)入修復(fù)(階段10))，繼續(xù)充電。如果小于等于預(yù)設(shè)值，則判為蓄電池故障，報(bào)警提示更換。對(duì)于3～9 V蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間，預(yù)設(shè)值可以設(shè)為50 A·h；對(duì)于9.1～11.6 V蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間，預(yù)設(shè)值可以設(shè)為40 A·h。對(duì)于>11.6 V蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間，只對(duì)開路電壓判斷，不對(duì)充電機(jī)輸出電功率進(jìn)行判斷。

10)修復(fù)

本階段是EFB、FB蓄電池的獨(dú)有的充電階段，將對(duì)富液蓄電池經(jīng)深放電后和快速充電(階段6))及平充(階段8))后發(fā)生的電解液層化現(xiàn)象進(jìn)行修復(fù)，解決富液蓄電池開路電壓OCV與荷電態(tài)SOC的不匹配問題，采用恒流限壓和恒壓限流的充電策略。對(duì)經(jīng)診斷(階段9))判斷狀態(tài)正常的蓄電池，第1步先將恒流充電電流降低到10 A，限壓提高到16.8 V，當(dāng)充電電路電壓達(dá)到16.8 V時(shí)，恒壓在16.8 V，恒壓10 min，充電電流將慢慢降低到9 A左右。下一步將自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充(階段11))，本階段充電電流、充電電壓及充電輸出功率(容量)關(guān)系符合模糊自適應(yīng)PID控制算法。

對(duì)FB蓄電池，本階段充電時(shí)長(zhǎng)小于30 min且自適應(yīng)調(diào)整充電時(shí)長(zhǎng)，對(duì)EFB蓄電池本階段充電時(shí)長(zhǎng)小于60 min且自適應(yīng)調(diào)整充電時(shí)長(zhǎng)，采用控制后半段恒壓16.8 V的恒壓充電時(shí)長(zhǎng)10 min，而不控制前半段恒流10 A充電時(shí)長(zhǎng)的策略。經(jīng)過本階段后，富液蓄電池經(jīng)充電后的容量接近額定容量的95%。

注意：目前市場(chǎng)上大多數(shù)的充電機(jī)(針對(duì)普通富液FB蓄電池充電)都采用定電壓恒壓充電方法(最高限壓的方法)。使用定電壓恒壓充電方法，由于電解液層化現(xiàn)象，雖然電解液的比重沒有上升但是蓄電池開路電壓OCV上升了，導(dǎo)致充電電流降低，直至轉(zhuǎn)入浮充或停機(jī)，無法給蓄電池充滿電量。

而本階段使用較高恒流電流(10 A)充電，稍微過充，在充電后期通過由極板產(chǎn)生的少量氣泡來攪拌電解液，幫助電解液充分混合，消除電解液層化影響，確保電極板的全體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，有效地去除硫酸鉛結(jié)晶。

11)浮充

本階段對(duì)經(jīng)過診斷階段9)判斷狀態(tài)正常的AGM蓄電池和經(jīng)過修復(fù)(階段10))的EFB、FB蓄電池進(jìn)行最后5%左右容量的充電，直至充至100%電量。

本階段采用恒壓小脈沖電流充電方式來消除極化現(xiàn)象[9-11]，充電脈沖周期30～50 ms，占空比50%，充電電流0～1 A(一般從700 mA開始逐級(jí)遞減為0),充電電流幅值滿足馬斯指數(shù)曲線衰減，直至最終為0，然后不停機(jī)監(jiān)測(cè)蓄電池是否自放電，如蓄電池自放電后電壓下降，隨時(shí)進(jìn)行同樣方式的恒壓小脈沖補(bǔ)電。

2.2 充電電路的充電電流、電壓隨時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖1舉例說明了EFB、FB蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間在3～11.5 V時(shí)，充電電路的充電電流、電壓隨時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

各階段充電方式：模式自動(dòng)識(shí)別(無)；軟啟動(dòng)(多階段小電流恒流)；預(yù)診斷(小電流恒流)；激活(小電流恒流限壓)；分析(無)；快速充電(大電流多階段恒流限壓)；短路診斷(無)；平充(恒壓限流)；診斷(無)；修復(fù)(較高電流恒流限壓+恒壓限流)；浮充(小脈沖電流恒壓限流)。

各充電階段的限流、限壓等充電控制參數(shù)符合某歐系跨國(guó)汽車集團(tuán)的蓄電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[12]和國(guó)內(nèi)3家主要蓄電池生產(chǎn)廠的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和充電經(jīng)驗(yàn)值[13]，如識(shí)別出11.6 V作為大多數(shù)常用鉛酸蓄電池SOC值為0%的對(duì)應(yīng)初始OCV值。

注意：圖1未考慮預(yù)診斷、分析、短路診斷、診斷等階段報(bào)警提示蓄電池故障需更換的情況，也未考慮預(yù)診斷階段首次判斷不通過后進(jìn)行第2次軟啟動(dòng)的情形。AGM蓄電池充電電路的充電電流、電壓時(shí)間隨時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系情況與圖1大致類似(AGM少了修復(fù)階段)，且AGM蓄電池充電電路的充電電流、電壓隨時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖中診斷(階段9))以前的各充電階段的限壓值不同。

圖1 EFB、FB蓄電池充電電路的充電電流、電壓隨時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 不同的蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間下的各充電階段的充電控制參數(shù)及報(bào)警診斷策略

表1說明了不同的蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間下，對(duì)AGM、EFB、FB蓄電池，各充電階段的充電控制參數(shù)及報(bào)警診斷策略。

注：① 如表1中為充電階段過程演變的空格，代表此階段不執(zhí)行；② 充電時(shí)長(zhǎng)空格內(nèi)填入“/”，代表在該蓄電池初始開路電壓OCV值區(qū)間下的充電時(shí)長(zhǎng)為0；③ AGM、EFB、FB蓄電池執(zhí)行完快速充電(階段6))后，一般能充至蓄電池容量SOC的80%；④ 對(duì)FB、EFB蓄電池獨(dú)有的修復(fù)階段(階段10))，設(shè)計(jì)之初曾考慮放在平充階段前，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證放在浮充階段前反而充電容量恢復(fù)率(飽和度)效果更好(經(jīng)過比較提高了5%)；⑤ 表1中的列條目，最后一列是充電總時(shí)長(zhǎng)，如果是一個(gè)范圍區(qū)間，比如6～10 h，一般取下限值都可達(dá)到，對(duì)于嚴(yán)重硫化電池，才需要充電到上限最大值。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

在本文闡述的適用于12 V EFB、FB、AGM蓄電池的充電工藝設(shè)計(jì)定型后，組織了對(duì)該技術(shù)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)方法及過程如下：充電功能驗(yàn)證，將3只無質(zhì)量問題蓄電池在室溫25 ℃環(huán)境下先測(cè)量20 h容量，20 h容量檢測(cè)后，再繼續(xù)放電直至將蓄電池電壓調(diào)整至5 V，用基于該套充電工藝的充電樣機(jī)對(duì)其進(jìn)行充電，待充滿電后再在室溫25 ℃環(huán)境下測(cè)量其20 h容量；診斷功能驗(yàn)證，用基于該套充電工藝的充電樣機(jī)對(duì)3只故障電池進(jìn)行充電，記錄充電報(bào)警結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 適用于EFB、FB、AGM的充電工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果分析：表2表明了該套充電工藝對(duì)AGM和EFB蓄電池充電容量恢復(fù)率(飽和度)效果最好(93%以上)，F(xiàn)B蓄電池其次(88%左右)，但這與FB蓄電池充電可接受能力及深放電循環(huán)性能較AGM、EFB蓄電池差有關(guān)。

4 結(jié)論

本文闡述充電技術(shù)方案適用于國(guó)內(nèi)大多數(shù)常用的12 V汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池(適用容量區(qū)間50～100 A·h)，對(duì)于深虧電的蓄電池能基本消除蓄電池的硫化現(xiàn)象及恢復(fù)容量，也能避免充電過程中熱失控、極化、層化現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)于大部分故障問題蓄電池也能識(shí)別判斷(短路、熱失控、老化壽命終止等故障)，具有適用面廣、控制算法先進(jìn)、診斷報(bào)警方法準(zhǔn)確、充電效率高、充電電壓控制精度高、充電時(shí)間適中等特點(diǎn)。