《电动自行车蓄电池充电方法及注意事项》

蓄电池的充电方法很多，有恒流法、恒压法、准恒压法、分段电流充电法、浮充法、均衡充电法等。

恒流充电法。自始至终保持恒定不变的电流，此法在开始时充电电流过小，而充电后期电流又过大，不仅充电时间长，而且析气量多，能耗高，充电效率低（不大于65%），密封免维护蓄电池不宜采用此法。为此，经改进又采用“分段恒流充电法”，在充电前期用较大电流，充电后期可将充电电流减小，避免上述缺点和对蓄电池不利的影响。此法又称“递减电流充电法”。

恒压充电法。每只单体蓄电池均以某一恒定电压充电，初期电流相当大，随时间而逐渐减小，充电终期只有很小的电流通过，充电过程中不必调整电流，充电过程中析气量也很小，充电时间短，能耗低，充电效率高，可达80%，8h可完成充电。但单独使用这种方法也有缺点，不适合放电较深的蓄电池充电；不适合数量多的蓄电池充电；不能达到使所有蓄电池均衡。电动自行车用蓄电池组当然也不适于恒压充电。

恒压限流充电法是恒压充电法的改进。在充电器与蓄电池间串接一个限流电阻，电流大时，电阻压降大，从而减小了充电电压；电流小时，电阻压降小，自动调整充电电流。

上述方法只能作为正规方法充电，若充电时间较长，则不能适应电动自行车行驶途中补充充电的要求，因此除去每天进行正规充电方法以外，还需要找出一种更适合于电动自行车行驶途中，在短时间内即可补充足够电能的方法。公共充电站必须能使电动自行车在短时内得到足够的续驶能力，或是在临时休息时间内，用自己的快速充电器补充足够的电能。这种方法称为快速补充法及快速充电法。

下面介绍几种适合于电动自行车用蓄电池的充电方法。

1.快速补充法

用较大电流在短时间内对蓄电池补充电量。由于铅酸蓄电池能耐较大的充电电流，所以这种方法适合于中午休息时对蓄电池进行补充，该法的充电电流I由下式确定：

I=C/t

式中，t为补充充电时间，单位为h；C为已消耗的容量，单位为A·h。

如果午休可以利用的充电时间为1.0h，已经消耗的能量为4A·h，则充电电流应为4A。

2.快速充电法

又称脉冲充电法，是用脉冲电流对铅酸蓄电池充电（图2-3）。短时间对蓄电池充电，既不能用恒流大电流，也不能用较高的恒压，否则蓄电池升温很快，会损伤极板并浪费电能，故采用脉冲大电流及负脉冲放电消除极化。这种充电方法可以达到的效果，跟用较长时间小电流充电在正极得到的PbO₂含量相同，也就是得到的容量是相同的。脉冲实际上是一个正脉冲电流，其电流值采用1C，最大可以达到5C，以不使电解液温升过高（45℃以下）。使用这样大的脉冲幅值，在开始阶段，用一段长脉冲，在短时间内即可恢复容量的80%左右，以后则变为短脉冲，如图2-3所示。脉冲（即电流）在规定时间内，按要求交替通断。断开后间隔短暂时间，再加一个短的反脉冲电流，对极板和电解液去极化，消除H+离子，防止游离H⁺进一步结合成氢气附着于负极板表面，影响电化的效果。

脉冲加短时反脉冲去极化的充电法，克服了连续充电多耗能、产生气体、产热和有损极板的缺点，这种方法尤其适合于密封型的铅酸蓄电池。

图2-3 蓄电池快速充电脉冲及电流波形示意图

蓄电池脉冲充电法的充电电流采用1C以上的大电流，充电时间为1～2h。下面简略介绍快速充电法的原理、过程和要求。

（1）原理 快速充电法的充电过程中，极板的电位发生变化，主要是正极电位随充电时间的延长而升高，当正极电位升到一定值时，达到“产气点”。H+离子将获得电子变成H₂气体，反应过程如下：

PbSO₄+2H₂O→PbO₂+H₂SO₄+H₂↑

产生的气体聚集在负极的周围，形成气体吸附层，阻碍着Pb²⁺离子和OH-离子到达极板表面。另一方面，氧气也在正极表面形成气体吸附层，这是由负极活性物质在电流作用下产生OH-负离子冲向负极，失去一个电子而在电解液中互相结合，形成O₂，当负极表面O₂浓度达到某一定值时，在电流作用下分解成H₂O+O₂↑，产生H₂O和O₂的电压值称“出气点”。这时如果在H+和OH-还未形成H₂↑和O₂↑，充电电流加一个反脉冲电流，使负极在瞬间有一个短暂的正电位，而正极电位瞬间变低，也就是瞬间放电，使极板内的H₂SO₄消耗掉一部分而降低硫酸溶液浓度，出气量减少时反向电流离解H2和OH-，使H2给出电子变成H+，再与OH-离子结合生成水。O得到两个电子变成O2-，在正向电流作用下，与Pb4+离子结合生成PbO₂。这样使正负极板在瞬间都消除了极化，然后，又立即转入充电过程，如此反复，蓄电池在充电过程中永远不会升温、产气，并能达到大电流充电的目的。这种方法优于任何一种充电方法，且不会加快极板的老化。

应当指出的一点是：瞬间短脉冲反向电流只是消除极化，并且要恰到好处，同时又不致达到极板放电的地步。

（2）原则

1）在全充电过程中采取去极化措施，蓄电池随充电时间的延长而适当地降低充电电流值，大电流充电只能延续几秒，最多几分钟。

2）去极化措施应当自动适应全过程不同阶段的不同要求，初、中、后期各不相同。初期极化小，放电要低，否则会过放电；中期极化渐强，放电应随之加强；后期极化最强，去极化应更强，否则会去极化不足。固定的脉冲不能达到最好的效果。

3）蓄电池电压达一定程度时，极化也达到一定程度，这时应及时自动停充并放电去极化。去极化电压上限应低于“出气点”电压，即去极化措施应能抑制过电位，使电压不会达到“出气点”，应在“出气点”电位以内即行去极化。而达到或超过“出气点”电位再去极化是不适宜的。

4）去极化是有限度的，收到一定效果，端电压降到一定值时，即应适时转入再充电状态。

（3）快速充电的方法 根据上述原则，具体程序可因具体情况的不同而稍有差异，大体如下：

1）高幅值（2～4C）、窄脉冲（0.0001s以下）放电去极化。(www.xing528.com)

2）低幅值（1～1.5C）、宽脉冲（0.01s以下）放电去极化。

某充电器采用的模式举例：

①采用瞬间大电流（2C）充电，当端电压接近并低于“出气点”电压时，停止。

②停止时间0.01～0.02s。

③以0.1C、脉宽为0.015s小电流反向放电。

④放电后停约0.01s自动进行端电压检测，若放电后蓄电池端电压未降到一定值，应再自动进行一次放电。

⑤如果已降到规定值，则转入再充电。

如此循环，直至容量检测合格，充满后自动停充。

3.智能充电法

采用了过去未用过的，但蓄电池可以接受的充电技术——动态跟踪技术。应用du/dt技术，充电系统由充电器与被充蓄电池组成二元闭合回路，充电器根据蓄电池状态确定充电工艺参数，使蓄电池始终处于可接受充电电流曲线附近，且几乎无气体析出的条件下充电，做到既节省用电又不损伤蓄电池。

du/dt检测，就是在充电后期检测蓄电池端电压在单位时间内的变化量。对铅酸蓄电池，du/dt很小，越是完全充电，du/dt就越小。只要确定了du/dt值，充电深度就基本确定。

4.均衡充电法

这是针对由多个单体联成的蓄电池组。各单体蓄电池间有内在因素的差异，而充放电条件是均一的，故使用一定阶段后，活性物质便会出现充放电深度的不同，结果是相应地出现极板反应不均衡状态。另外，单体蓄电池间充电特性也有差别，某些单体蓄电池极板充电不足。故应在正常充电结束后，再用20时率电流继续充电1～3h。这种方法也称“过充电”，它能使各单体蓄电池达到或接近一致，是比较理想的补救措施，并可发挥每个单体蓄电池的最大潜力。这一措施对电动自行车配套蓄电池组很重要，因为电动自行车的配套蓄电池都是多个单体蓄电池组合成的，不均衡现象不可避免。

均衡充电间隔时间，可视蓄电池容量变化状况而定。如果发现蓄电池容量有变化，但却不是温度的影响，出现行驶里程减短、电动机驱动力减弱等现象，就应当进行一下均衡充电。一般情况下，没有特殊变化的，每3～6个月进行一次均衡充电是有好处的。

均衡充电实际是采用小电流（约20时率的电流）进行1～3h的充电过程，均衡充电不能频繁进行。

5.四阶段充电法

这是清华大学研究试验的方法，也称四段充电法或算法智能充电技术。对铅酸蓄电池充电，采用多段恒流、定压、脉冲充电算法最有效。

四阶段充电基于以下四种状态：

1）当铅酸蓄电池电量很少时，蓄电池可能已经处于受损状态，应采用小电流充电，有利于激活极板物质，部分恢复受损蓄电池单元。

2）当蓄电池电量较少时，用大电流恒流充电，使之在短时间内充入大量电量而不致损坏蓄电池，具体算法采用多段恒流充电法，多段恒流有利于充入更多的电量。

3）当蓄电池电量较多时，应采用定压充电，随充电过程的延续，电流会逐渐下降，保证不发生过充。

4）当蓄电池电量充到很满时，改用PWM充电算法，它不仅比小电流充电算法快，而且充得多。

基于上述四种方法，他们采用的是P、PI、PID算法，以保证电流/电压恒定。

充电初期阶段，蓄电池处于恒流充电状态，控制器对充电电流精度要求不高，可采用P算法。但在任何阶段，控制器都必须不断检测三项关键技术指标：电路是否出现断路；蓄电池是否出现不均衡；蓄电池是否达到规定的安全电压。

目前在市场上有很多充电控制模块，只要接上适当的电路，即可组成性能优良的充电器，从经济角度出发，采用了普通单片机。该智能充电器采用以8×C749单片机为核心的电路。8×C749单片机具有2KB ROM或EPROM，64B的RAM，21个端口，可作状态显示、输出；一个计时器/计数器，可实现延时功能；五路8位A-D转换，可作电压、电流、湿度检测输入；8位PWM输出，经滤波后可作反馈电压。8×C749单片机还可检测蓄电池组中电量不均衡状况，并能采用均衡充电法，使电量足的蓄电池少充电、电量少的多充电。

可以说，该充电方法和充电器综合了前述所有充电方法的优点，是一种理想的充电器。