Kennis van opladers voor elektrische voertuigen en accu's

Classificatie van laders:

Opladers kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen, afhankelijk van het feit of ze een netfrequentietransformator (50 Hz) bevatten. Opladers voor driewielervrachtwagens maken doorgaans gebruik van transformatoren met netfrequentie, wat resulteert in grotere, zwaardere eenheden die meer stroom verbruiken en toch betrouwbaarheid en betaalbaarheid bieden. Elektrische fietsen en motorfietsen maken daarentegen gebruik van zogenaamde schakelende voedingsladers, die energiezuiniger en kosteneffectiever zijn, maar gevoelig voor storingen.
De juiste procedure voor schakelende laders is: sluit tijdens het opladen eerst de accu aan en daarna de netvoeding; Wanneer de accu volledig is opgeladen, koppelt u de netvoeding los voordat u de accustekker verwijdert. Het verwijderen van de accustekker tijdens het opladen, vooral wanneer de laadstroom hoog is (aangegeven door een rood lampje), kan de oplader ernstig beschadigen.
Veel voorkomende laders met schakelmodus zijn verder onderverdeeld in halfbrug- en enkele pulstypen. Opladers met één puls worden gecategoriseerd als voorwaartse of flyback-ontwerpen. Ontwerpen met een halve brug bieden, hoewel duurder, superieure prestaties en worden vaak gebruikt in laders die negatieve pulsen bevatten. Flyback-types, die zuiniger zijn, hebben een aanzienlijk marktaandeel.

Wat betreft negatieve pulsladers
Loodzuurbatterijen hebben een geschiedenis van meer dan een eeuw. Aanvankelijk hield de mondiale praktijk zich grotendeels aan de traditionele opvattingen en werkwijzen: men dacht dat opladen en ontladen met een snelheid van 0,1 °C (waarbij C staat voor batterijcapaciteit) de levensduur verlengt. Om de uitdagingen op het gebied van snel opladen aan te pakken, publiceerde de heer Max uit de Verenigde Staten zijn onderzoeksresultaten in 1967 wereldwijd. Dit betrof het opladen met pulsstromen van meer dan 1C, afgewisseld met ontladingsintervallen tijdens oplaadpauzes. Het ontladen vergemakkelijkt de polarisatiereductie, verlaagt de elektrolyttemperatuur en verbetert de acceptatiecapaciteit van de plaatlading.
Rond 1969 ontwikkelden Chinese wetenschappers met succes meerdere snelladermerken op basis van de drie principes van de heer Max. De laadcyclus verliep als volgt: pulsladen met hoge stroom → onderbreken van het laadcircuit → korte ontlading van de batterij → stopzetten van de ontlading → herstellen van het laadcircuit → pulsladen met hoge stroom...
Rond het jaar 2000 werd dit principe aangepast voor opladers voor elektrische voertuigen. Tijdens het opladen bleef het circuit ononderbroken, waarbij gebruik werd gemaakt van een kortsluiting met lage weerstand om de batterij tijdelijk te ontladen. Omdat het laadcircuit tijdens kortsluiting actief bleef, werd daarin een inductor in serie geschakeld. Normaal gesproken duurt de kortsluiting 3 tot 5 milliseconden binnen één seconde (1 seconde = 1000 milliseconden). Omdat de stroom in de inductantie niet abrupt kan veranderen, beschermt de korte kortsluitingsduur het stroomconversiegedeelte van de lader. Als de laadstroomrichting positief wordt genoemd, wordt de ontlading uiteraard negatief. Als gevolg hiervan heeft de elektrische auto-industrie de term ‘negatieve pulslader’ bedacht, waarbij werd beweerd dat deze de levensduur van de batterij zou kunnen verlengen, enzovoort.

Wat betreft drietrapsladers
De afgelopen jaren hebben elektrische voertuigen op grote schaal gebruik gemaakt van zogenaamde drietrapsladers. De eerste fase wordt de constante stroomfase genoemd, de tweede de constante spanningsfase en de derde de druppelfase. Vanuit een elektrotechnisch perspectief worden deze nauwkeuriger beschreven als:
- Eerste fase: Laadstroombegrenzingsfase
- Tweede fase: fase met hoge constante spanning
- Derde fase: fase met lage constante spanning Tijdens de overgang tussen de tweede en derde fase veranderen de indicatielampjes op het paneel dienovereenkomstig. De meeste laders geven rood licht tijdens de eerste en tweede fase en schakelen over naar groen tijdens de derde fase. Deze overgang tussen fasen wordt bepaald door de laadstroom: het overschrijden van een bepaalde drempel activeert de eerste en tweede fase, terwijl het onderschrijden ervan de derde fase activeert. Deze drempelstroom wordt de overgangsstroom of schakelstroom genoemd.
Vroege laders, inclusief de laders die bij merkvoertuigen werden geleverd, waren, hoewel ze indicatorveranderingen vertoonden, in werkelijkheid laders met constante spanning en stroombegrenzing in plaats van echte drietrapseenheden. Meestal behielden deze een enkele stabiele spanningswaarde van ongeveer 44,2 V, wat voldoende was voor de sulfaatbatterijen met een hoog soortelijk gewicht uit die tijd.
Wat betreft de drie belangrijkste parameters van drietrapsladers
De eerste kritische parameter is de lage constante spanningswaarde tijdens de druppelfase. De tweede is de hoge constante spanningswaarde tijdens de tweede fase. De derde is de overgangsstroom. Deze drie parameters worden beïnvloed door het aantal batterijen, hun capaciteit (Ah), de temperatuur en het batterijtype. Voor het gemak illustreren we het gebruik van de meest gebruikelijke drietrapslader voor elektrische fietsen (drie 12V 10Ah-batterijen in serie):
Ten eerste de lage constante spanningswaarde tijdens de druppelfase, met een referentiespanning van ongeveer 42,5 V. Een hogere waarde veroorzaakt uitdroging van de batterij, waardoor het risico op oververhitting en vervorming toeneemt; een lagere waarde belemmert volledig opladen. In zuidelijke regio's moet deze waarde lager zijn dan 41,5 V; voor gelbatterijen moet deze lager zijn dan 41,5 V, en nog iets lager in de zuidelijke gebieden. Deze parameter is relatief streng en mag de referentiewaarde niet overschrijden.
Beschouw vervolgens de hoge constante spanningswaarde in de tweede trap, met een referentiespanning van ongeveer 44,5 V. Een hogere waarde maakt snel volledig opladen mogelijk, maar kan uitdroging van de batterij veroorzaken, waarbij de stroom in de latere oplaadfase niet voldoende afneemt, wat resulteert in oververhitting en vervorming van de batterij. Een lagere waarde belemmert snel volledig opladen, maar vergemakkelijkt de overgang naar de druppelfase. Hoewel niet zo strikt gereguleerd als de eerste waarde, mag deze nog steeds niet buitensporig hoog zijn.

Wat ten slotte de conversiestroom betreft, is de referentiewaarde ongeveer 300 mA. Een hogere waarde komt de levensduur van de batterij ten goede door de thermische vervorming te verminderen, hoewel het snel opladen belemmert. Een lagere waarde (voor leken) vergemakkelijkt het opladen, maar kan door langdurig opladen met hoge spanning de batterij uitdrogen, wat leidt tot thermische vervorming. Vooral als individuele cellen niet goed functioneren en de laadstroom niet onder de drempelstroom kan worden verlaagd, kan dit anderszins gezonde cellen beschadigen. Het gespecificeerde referentiebereik laat afwijkingen toe van ±50mA of zelfs ±100mA, maar mag niet onder de 200mA komen.
Momenteel zijn er talloze goedkope flyback-laders op de markt verkrijgbaar met hoge constante spanningswaarden van 46,5 V, lage constante spanningswaarden van 41,5 V en overgangsstromen van meer dan 500 mA.
Voor een lader die vier 12V-accu's (48V totaal) verwerkt, worden de eerste twee parameters berekend door de bovengenoemde spanningsreferentiewaarden te delen door drie en te vermenigvuldigen met vier. De hoge constante spanning is ongeveer 59,5V en de lage constante spanning is ongeveer 56,5V.
Als de accucapaciteit groter is dan 10 Ah, moet de derde parameter (huidige waarde) dienovereenkomstig worden verhoogd. Een accu van 17 Ah kan bijvoorbeeld tot 500 mA nodig hebben.

Mechanismen voor batterijstoringen: uitputting van water; sulfatering; verzachting van de anode; en het afstoten van actief materiaal uit de anode.

Herstel van overbelasting. Als de levensduur van de batterij geen primaire zorg is, levert deze herstelmethode onmiddellijk resultaat op. Diepe ontladings- en oplaadcycli kunnen de batterijcapaciteit vergroten, een wereldwijd erkend feit. Dit kan echter de levensduur van de batterij in gevaar brengen. Talrijke berichten op deze site richten zich uitsluitend op hoe overladen α-loodoxide aan het oppervlak kan omzetten in β-loodoxide op de positieve plaat, waardoor de capaciteit wordt vergroot. Als u deze aanpak tijdens reparaties toepast, bestaat het risico dat er onomkeerbaar capaciteitsverlies ontstaat. Sommige batterijen die voor renovatie naar de fabrikant zijn teruggestuurd, zijn met behulp van dergelijke methoden behandeld.
Op basis van persoonlijke praktijk ben ik van mening dat effectief herstel van overontlading en overbelasting uitstekende resultaten kan opleveren als de stroom en duur strikt worden beperkt, waarbij parallellen worden getrokken met het plaatvormingsproces tijdens de productie. De sleutel ligt in onderscheidingsvermogen, en in het niet op uniforme wijze toepassen van omgekeerde kosten in alle gevallen. Neem een ​​recent geval: toen ik de winkel van mijn kennis Lao San bezocht, kwam ik vier accu's van 17 Ah tegen die onlangs uit een elektrische motorfiets waren verwijderd. Ze waren van plan ze (voor 120 yuan) te verkopen aan een verzamelaar van gebruikte batterijen. Ik raadde verwijdering af, omdat ik suggereerde dat reparatie haalbaar was, en nam ze terug voor beoordeling. Een korte samenvatting volgt:
Voorbeeld drie: De vier bovengenoemde batterijen werden vervaardigd in Changxing, Zhejiang, maar niet door Tianneng. Omdat ze pas werden verwijderd, werden er geen aanvullende tests of oplaadbeurten uitgevoerd. De nullastspanningen waren als volgt: Unit 1: 13,42 V; Eenheid 2: 13,36 V; Eenheid 3: 13,18 V; Eenheid 4: 12,4 V. Blijkbaar hadden ze weinig elektrolyten. Na het openen van de behuizing kreeg elke cel in de eerste drie batterijen 6 ml plus nog eens 4 ml elektrolyt, terwijl cel 4 6 ml plus nog eens 2 ml kreeg. Na twee uur rust begon het laden aanvankelijk bij 10A, na twee minuten teruggebracht naar 3A en na een half uur overgeschakeld naar een step-down-modus. De gasproductie kwam geleidelijk op gang. Cellen 1–3 vertoonden een relatief consistente gasproductie in alle compartimenten, terwijl cel 4 ongeveer tegelijkertijd gasproductie in vijf compartimenten vertoonde. Nadat de gasproductie was begonnen, produceerden de compartimenten nabij de anode echter nog steeds geen significante hoeveelheden gas. Het opladen is gestopt. Uit capaciteitstesten bleek dat cellen 1–3 de nieuwe toestand benaderden, terwijl cel 4 slechts 1,5 Ah opleverde. Voeg 4 milliliter water toe aan elke cel van cel 1–3 en laad vervolgens stapsgewijs op totdat alle cellen gas produceren. Laad cel 4 afzonderlijk op gedurende één uur en ontlaad vervolgens bij 5A. Controleer de klemspanning: het duurde 20 minuten om van 13,2 V naar 10,5 V te dalen, en minder dan 5 minuten om 8,32 V te bereiken. Ga door met het ontladen op 5A, waarbij u een uur lang ongeveer 8,15V aanhoudt voordat u de test stopt. Waarom stoppen? De conclusie kwam naar voren: de cel naast de anode was defect, met een capaciteit van ongeveer 1,5 Ah. Een korte theoretische verklaring: de daling van 20 minuten van 13,2 V naar 10,5 V toonde aan dat de defecte cel (al aanzienlijk onder de 1,7 V) een capaciteit van minder dan 1,5 Ah had. Door de ontlading van 5A voort te zetten, zakte de defecte cel naar 0V. De overige vijf gezonde cellen (10V) laadden de defecte cel omgekeerd op. Toen de defecte cel een omgekeerde lading van bijna 2V bereikte, stabiliseerde deze zich gedurende een langere periode. De accuklemspanning was gelijk aan de som van de vijf gezonde cellen minus de sperspanning van de defecte cel: 10V - 2V = 8V. Verdere ontlading is niet nodig, omdat dit de vijf goede cellen zou beschadigen. Om de defecte cel te identificeren: deze accu's hebben aanzienlijk kleinere elektrolytvulpoorten dan 10Ah-eenheden. Met behulp van een zelfgemaakt, verlood gereedschap kan binnen enkele seconden de defecte cel worden vastgesteld. In dit geval vertoonden vijf cellen gasontwikkeling, terwijl de cel nabij de anode dat niet deed. Testen bevestigden dat deze cel defect was, met gedeeltelijke celscheiding. Een geïsoleerde behandeling herstelde deze cel tot een capaciteit van 10 Ah. De reparatie is nu voltooid. Cellen 1–3 vertonen een bijna nieuwe capaciteit, terwijl cel 4 10Ah bereikt (de vijf functionele cellen komen gezamenlijk overeen met de bijna nieuwe capaciteit van cellen 1–3).

Methode voor het controleren van sulfatering zonder het deksel te openen
Hier is een methode om sulfatering te bepalen zonder de batterij te openen: Laad de batterij op met behulp van een instelbare constante stroombron die is ingesteld op ongeveer 0,05C. Merk op dat sulfatering wordt aangegeven door de volgende omstandigheden. Als we een batterij van 12 V als voorbeeld nemen: de initiële spanning overschrijdt 15 V (waarbij een grotere afwijking wijst op een ernstigere sulfatering), en naarmate de oplaadtijd toeneemt, neemt de spanning af, tot bijna 15 V. Als er wordt overgeschakeld naar opladen met constante spanning, zal de stroom een ​​stijgende trend vertonen. Dit is gebaseerd op mijn praktijkervaring, terwijl de standaardliteratuur doorgaans alleen symptomen vermeldt als overmatige warmteontwikkeling, voortijdige gasontwikkeling en verminderde capaciteit. Ik heb deze diagnostische methode ter plaatse gedemonstreerd aan verschillende bezoekende universiteitsstudenten die gespecialiseerd zijn in dit veld, waarbij ik loodzuurbatterijen met verschillende mate van sulfatering vergeleek. De instelbare constante stroombron is mijn ontwerp uit 1978, de ‘New Star Multifunctional Charger’, opgenomen in de bijlage van mijn leerboek Black and White Television Installation. Oorspronkelijk werd gebruik gemaakt van een 36V-transformator met discrete lineaire componenten, maar later werd deze opgewaardeerd naar een lineair ontwerp met geïntegreerde schakelingen met elektronische schakelaargestuurde constante stroom.

Waterverlies beoordelen zonder de behuizing te openen

Om het waterverlies te bepalen zonder het deksel te openen zijn twee gelijktijdige voorwaarden nodig: 1) De nullastspanning van een 12V-batterij overschrijdt 13,2V. 2) Verminderde capaciteit. Zelfs basisschoolleerlingen kunnen deze principes begrijpen. De onderliggende theorie omvat twee belangrijke punten: 1) Open-circuitspanning correleert met de zwavelzuurconcentratie; waterverlies verhoogt de zuurconcentratie, waardoor de klemspanning stijgt. 2) Waterverlies verlaagt het elektrolytniveau, waardoor de hoeveelheid reagerend materiaal afneemt en de capaciteit afneemt. Verdere verduidelijking van de voorwaarden: De bovengenoemde waarden hebben betrekking op de nullastspanning van een accu van een 12V-elektrische auto een half uur na het opladen. Voor autobatterijen moeten de waarden lager zijn. Zelfs voor accu's voor elektrische voertuigen is het merk van belang. Panasonic-accu's hebben bijvoorbeeld lagere waarden vanwege hun lagere soortelijk gewicht van zwavelzuur in vergelijking met Zhejiang Changxing-accu's. Er wordt ook gesteld dat je niet dogmatisch moet zijn: een batterij met een ogenschijnlijk standaardspanning maar een lage capaciteit heeft bijvoorbeeld doorgaans vijf cellen zonder water, terwijl één cel gedeeltelijk is losgeraakt.

Onherstelbare normen
Onherstelbare normen (voor batterijen bij normaal gebruik en loodsulfatie):
1. Onherstelbaar als er sprake is van externe vervorming, barsten of lekkage.
2. Onherstelbaar als er sprake is van interne defecten, mechanische schade of overbelaste platen die roetzwart worden; karakteristieke symptomen: de spanning stijgt snel tijdens het opladen en daalt aanzienlijk na stilstand.
3. Onherstelbaar bij slechte CEL (Cell Error Light), eencellige storing of interne zelfontlading. (Voor verwijderbare batterijen op vorkheftrucks kunnen individuele cellen worden vervangen en de batterij worden hersteld.)