重型卡車(chē)用蓄電池車(chē)載充電方法的研究

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）

0 引言

近年來(lái)，為了提高司乘人員的舒適性，重型卡車(chē)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(chē)空調(diào)等車(chē)載電器供電。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止后，起動(dòng)用蓄電池就成了唯一的供電電源。在實(shí)際使用過(guò)程中，蓄電池?zé)崾Э亍⒍搪?、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(yùn)行的可靠性，各蓄電池制造商針對(duì)蓄電池的循環(huán)耐久能力、充電接受性能進(jìn)行了大量的改進(jìn)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(huì)嚴(yán)重影響蓄電池效能的發(fā)揮。目前，重型卡車(chē)均采用了24V系統(tǒng)。車(chē)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(jī)的輸出功率控制，一般在50～70A。當(dāng)蓄電池主要為車(chē)輛的起動(dòng)以及偶爾的車(chē)載電器供電使用時(shí)，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(dāng)蓄電池在給駐車(chē)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(guò)對(duì)增強(qiáng)富液式蓄電池的充電方法的研究，為車(chē)載充電方法的改進(jìn)提供依據(jù)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品及儀器

實(shí)驗(yàn)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(yàn)儀器主要為BTS600電池測(cè)試系統(tǒng)（迪卡龍(青島）電子有限公司）。

1.2 充電電壓對(duì)充電量的影響

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(shí)的充電電流I，以及充電4h時(shí)充電量與放電量的比值R。其中14.25V是根據(jù)重型卡車(chē)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(shí)，隨著充電電壓從14.25V升高至16.00V，充電2h時(shí)的電流從12.79A逐漸下降至9.63A；當(dāng)充電電壓為15.50V時(shí)，充電2h時(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)，隨著充電電壓的升高，充電4h時(shí)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(dāng)充電電壓為15.50V時(shí)，充電量與放電量的比值R達(dá)到1.003，說(shuō)明此時(shí)只有充電量超過(guò)放電量，才有可能持續(xù)保持蓄電池的性能；在充電過(guò)程中，過(guò)充的電量主要用于電解液中水分的電解。當(dāng)水分的電解消耗較大時(shí)，蓄電池的實(shí)際使用壽命會(huì)縮短。由此說(shuō)明在25℃條件下，單只蓄電池的充電電壓為15.50V比較理想。

1.3 充電電壓對(duì)蓄電池循環(huán)耐久能力的影響

在不同的溫度下，將完全充電的蓄電池按要求進(jìn)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(gè)循環(huán)周期。當(dāng)放電過(guò)程中蓄電池的端電壓低于10.0V時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。

在25℃以恒壓U2為14.25V充電8h進(jìn)行循環(huán)耐久能力試驗(yàn)時(shí)，蓄電池16A放電結(jié)束時(shí)的端電壓與循環(huán)壽命的關(guān)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(shí)，端電壓下降至9.93V，致使試驗(yàn)結(jié)束。對(duì)失效的蓄電池在25℃用恒壓16V，限流55A完全充電后，20小時(shí)率容量恢復(fù)到了223Ah，說(shuō)明蓄電池的失效是由虧電引起的，也進(jìn)一步說(shuō)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(jìn)行循環(huán)耐久能力試驗(yàn)時(shí)，蓄電池16A放電結(jié)束時(shí)的端電壓與循環(huán)次數(shù)的關(guān)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(dòng)，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(shuō)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(jìn)行循環(huán)耐久能力試驗(yàn)時(shí)，蓄電池16A放電結(jié)束時(shí)的端電壓與循環(huán)次數(shù)的關(guān)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(guò)程中端電壓比較平穩(wěn)，稍高于25℃15.50V下的測(cè)定值。并且經(jīng)過(guò)180次的循環(huán)后，未發(fā)現(xiàn)蓄電池有衰減的跡象，說(shuō)明40℃下15.20V的充電電壓也可滿足使用要求。

對(duì)比圖1與圖2可以說(shuō)明，參照重型卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行試驗(yàn)，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(shí)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(shuō)明，用蓄電池帶動(dòng)駐車(chē)空調(diào)的工作模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電壓28.5V不能滿足蓄電池的充電要求，充電車(chē)載充電電壓應(yīng)達(dá)到31.0V。

為防止蓄電池的過(guò)充電引起失水，造成循環(huán)耐久能力降低，可通過(guò)充電過(guò)程中的電流對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行控制。當(dāng)蓄電池充滿電后即可切換至浮充狀態(tài)。在25℃時(shí)，對(duì)于額定容量為220A的蓄電池，當(dāng)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(chē)的浮充電壓為27.0V。

為防止溫度對(duì)充電過(guò)程有影響，可根據(jù)蓄電池溫度對(duì)充電電壓進(jìn)行校正，確定溫度校正系數(shù)為-40mV/℃。

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蓄電池的充電電壓和循環(huán)耐久能力進(jìn)行試驗(yàn)，確定了具有220V逆變輸出功能的重型卡車(chē)對(duì)增強(qiáng)富液式蓄電池的充電方法為：在25℃時(shí)，最大充電電壓為31.0V，最大充電電流為70A；當(dāng)充電過(guò)程的電流值下降至蓄電池額定容量的1/22時(shí)，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?？筛鶕?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。