Elektrikli Araç Şarj Cihazları ve Depolama Pilleri Bilgisi

Şarj Cihazlarının Sınıflandırılması:

Şarj cihazları, şebeke frekansı (50Hz) transformatörüne sahip olup olmadıklarına bağlı olarak iki ana tipe ayrılabilir. Yük üç tekerlekli bisiklet şarj cihazları genellikle şebeke frekanslı transformatörler kullanır, bu da daha fazla güç tüketen, ancak güvenilirlik ve uygun fiyat sunan daha büyük, daha ağır ünitelerle sonuçlanır. Elektrikli bisikletler ve motosikletler ise tersine, daha enerji verimli ve uygun maliyetli ancak arızalanmaya yatkın olan anahtarlama modlu güç kaynağı şarj cihazlarını kullanır.
Anahtarlama modlu şarj cihazları için doğru prosedür şu şekildedir: şarj sırasında önce aküyü, ardından şebeke beslemesini bağlayın; tam şarj olduğunda, akü fişini çıkarmadan önce elektrik bağlantısını kesin. Şarj sırasında, özellikle şarj akımı yüksek olduğunda (kırmızı ışıkla gösterilir) pil fişinin çıkarılması, şarj cihazına ciddi şekilde zarar verebilir.
Yaygın anahtarlama modlu şarj cihazları ayrıca yarım köprü ve tek darbeli tiplere ayrılır. Tek darbeli şarj cihazları ileri veya geri dönüş tasarımları olarak kategorize edilir. Yarım köprü tasarımları, maliyeti daha yüksek olmasına rağmen üstün performans sunar ve negatif darbe içeren şarj cihazlarında sıklıkla kullanılır. Flyback türleri daha ekonomik olduğundan önemli bir pazar payına sahiptir.

Negatif Darbeli Şarj Cihazları Hakkında
Kurşun-asit akülerin yüzyılı aşkın bir geçmişi vardır. Başlangıçta küresel uygulamalar büyük ölçüde geleneksel görüşlere ve çalışma prosedürlerine bağlıydı: 0,1C (C pil kapasitesini belirtir) oranında şarj etme ve boşaltmanın ömrünü uzattığı düşünülüyordu. Hızlı şarj zorluklarının üstesinden gelmek için, Amerika Birleşik Devletleri'nden Bay Max, araştırma bulgularını 1967'de küresel olarak yayınladı. Bu, şarj duraklamaları sırasında aralarına deşarj aralıkları serpiştirilmiş, 1C hızını aşan darbe akımlarıyla şarj etmeyi içeriyordu. Boşaltma, polarizasyonun azaltılmasını kolaylaştırır, elektrolit sıcaklığını düşürür ve plaka şarjı kabul kapasitesini artırır.
1969 yılı civarında Çinli bilim insanları, Bay Max'in üç prensibini temel alarak birden fazla hızlı şarj cihazı markasını başarıyla geliştirdiler. Şarj döngüsü şu şekilde ilerledi: yüksek akım darbeli şarj → şarj devresini kesmek → kısa akü deşarjı → deşarjı durdurmak → şarj devresini yeniden kurmak → yüksek akım darbeli şarj...
2000 yılı civarında bu prensip elektrikli araç şarj cihazlarına uyarlandı. Şarj sırasında devre kesintisiz kaldı ve pili anlık olarak boşaltmak için düşük dirençli bir kısa devre kullanıldı. Kısa devre sırasında şarj devresi aktif kaldığı için içine bir indüktör seri bağlandı. Tipik olarak kısa devre bir saniye içinde 3-5 milisaniye sürer (1 saniye = 1000 milisaniye). Endüktans içindeki akım aniden değişemeyeceğinden, kısa kısa devre süresi şarj cihazının güç dönüştürme bölümünü korur. Şarj akımı yönü pozitif olarak adlandırılırsa deşarj doğal olarak negatif olur. Sonuç olarak, elektrikli araç endüstrisi, pil ömrünü uzatabileceğini vb. iddia ederek 'negatif darbeli şarj cihazı' terimini icat etti.

Üç Kademeli Şarj Cihazları Hakkında
Son yıllarda elektrikli araçlarda üç aşamalı şarj cihazları yaygın olarak kullanılmaya başlandı. İlk aşamaya sabit akım aşaması, ikincisine sabit gerilim aşaması ve üçüncüsüne damlama aşaması adı verilir. Elektronik mühendisliği açısından bakıldığında bunlar daha doğru bir şekilde şu şekilde tanımlanır:
- Birinci aşama: Şarj akımı sınırlama aşaması
- İkinci aşama: Yüksek sabit voltaj aşaması
- Üçüncü kademe: Düşük sabit gerilim kademesi İkinci ve üçüncü kademeler arasındaki geçişte panel gösterge ışıkları buna göre değişir. Çoğu şarj cihazı birinci ve ikinci aşamada kırmızı ışık gösterir, üçüncü aşamada ise yeşile döner. Aşamalar arasındaki bu geçiş, şarj akımı tarafından belirlenir: Belirli bir eşiğin aşılması birinci ve ikinci aşamaları etkinleştirirken, bunun altına düşülmesi üçüncü aşamayı tetikler. Bu eşik akımına geçiş akımı veya anahtarlama akımı denir.
Markalı araçlarla birlikte verilenler de dahil olmak üzere ilk şarj cihazları, gösterge değişiklikleri sergilemesine rağmen, gerçek üç aşamalı ünitelerden ziyade aslında sabit voltajlı, akım sınırlı şarj cihazlarıydı. Tipik olarak bunlar, dönemin yüksek özgül ağırlıklı sülfat pilleri için yeterli olan 44,2V civarında tek bir sabit voltaj değerini korudu.
Üç aşamalı şarj cihazlarının üç temel parametresi ile ilgili olarak
İlk kritik parametre, damlama fazı sırasındaki düşük sabit voltaj değeridir. İkincisi ise ikinci faz sırasındaki yüksek sabit gerilim değeridir. Üçüncüsü geçiş akımıdır. Bu üç parametre pillerin sayısından, kapasitelerinden (Ah), sıcaklıktan ve pil türünden etkilenir. Referans kolaylığı sağlamak amacıyla, elektrikli bisikletler için en yaygın üç aşamalı şarj cihazının (seri halinde üç adet 12V 10Ah akü) kullanımını örnekleyeceğiz:
İlk olarak, damlama fazı sırasında yaklaşık 42,5V'luk bir referans voltajıyla düşük sabit voltaj değeri. Daha yüksek bir değer pilin dehidrasyonuna neden olarak aşırı ısınma ve deformasyon riskini artırır; daha düşük bir değer tam şarjı engeller. Güney bölgelerde bu değerin 41,5V'un altında olması gerekir; jel akülerde bu değer 41,5V'un altında olmalı ve güney bölgelerde biraz daha düşük olmalıdır. Bu parametre nispeten katıdır ve referans değerini aşmamalıdır.
Daha sonra, ikinci aşamada yaklaşık 44,5V referans voltajıyla yüksek sabit voltaj değerini düşünün. Daha yüksek bir değer, hızlı tam şarjı kolaylaştırır, ancak daha sonraki şarj aşamasında akımın yeterince düşmemesiyle pilin dehidrasyonuna neden olabilir, bu da pilin aşırı ısınmasına ve deformasyonuna neden olur. Daha düşük bir değer hızlı tam şarjı engeller ancak damlama aşamasına geçişi kolaylaştırır. İlk değer kadar sıkı bir şekilde düzenlenmemiş olsa da yine de aşırı yüksek olmamalıdır.

Son olarak dönüşüm akımına ilişkin referans değeri yaklaşık 300mA'dır. Daha yüksek bir değer, hızlı şarjı engellese de termal deformasyonu azaltarak pilin ömrüne fayda sağlar. Daha düşük bir değer (meslekten olmayanlar için) şarjı kolaylaştırır ancak uzun süreli yüksek voltajlı şarj nedeniyle pilin dehidrasyonuna ve dolayısıyla termal deformasyona neden olabilir. Özellikle tek tek hücreler arızalandığında, şarj akımı eşik akımının altına düşürülemezse, sağlıklı hücrelere zarar verebilir. Belirtilen referans aralığı ±50mA ve hatta ±100mA sapmalara izin verir ancak 200mA'nın altına düşmemelidir.
Şu anda piyasada 46,5V yüksek sabit voltaj değerlerine, 41,5V düşük sabit voltaj değerlerine ve 500mA'yı aşan geçiş akımlarına sahip çok sayıda düşük maliyetli geri dönüş şarj cihazı bulunmaktadır.
Dört adet 12V akü (toplam 48V) kullanan bir şarj cihazı için ilk iki parametre, yukarıda belirtilen voltaj referans değerlerinin üçe bölünüp dört ile çarpılmasıyla hesaplanır. Yüksek sabit voltaj yaklaşık 59,5V ve düşük sabit voltaj yaklaşık 56,5V'dur.
Akü kapasitesi 10Ah'yi aşarsa üçüncü parametre (akım değeri) uygun şekilde artırılmalıdır. Örneğin 17Ah'lik bir akü 500mA'ya kadar ihtiyaç duyabilir.

Pil arıza mekanizmaları: suyun tükenmesi; sülfatlama; anot yumuşatma; ve aktif malzemenin anottan dökülmesi.

Aşırı şarj kurtarma. Pil ömrü öncelikli sorun değilse bu kurtarma yöntemi anında sonuç verir. Derin deşarj ve yeniden şarj döngüleri, dünya çapında kabul edilen bir gerçek olan pil kapasitesini artırabilir. Ancak bu durum pil ömrünü tehlikeye atabilir. Bu sitedeki çok sayıda gönderi yalnızca aşırı şarjın yüzeydeki α-kurşun oksidi pozitif plaka üzerindeki β-kurşun okside nasıl dönüştürebileceğine ve böylece kapasiteyi nasıl artırabileceğine odaklanıyor. Onarım sırasında bu yaklaşımın kullanılması, geri dönüşü olmayan kapasite kaybına neden olma riskini taşır. Yenileme amacıyla üreticilere iade edilen bazı piller bu tür yöntemler kullanılarak işlenmiştir.
Kişisel uygulamalara dayanarak, etkili aşırı deşarj ve aşırı şarj restorasyonunun, akımı ve süreyi sıkı bir şekilde sınırlayarak, üretim sırasındaki plaka oluşturma süreciyle paralellikler çizerek mükemmel sonuçlar verebileceğine inanıyorum. Anahtar, tüm durumlarda ters ücretlendirmenin eşit şekilde uygulanmaması, ayırt etmede yatmaktadır. Yakın zamanda yaşanan bir olayı düşünün: Tanıdığım Lao San'ın dükkanını ziyaret ederken, yakın zamanda elektrikli bir motosikletten çıkarılmış dört adet 17Ah aküyle karşılaştım. Bunları (120 yuan karşılığında) kullanılmış bir pil toplayıcıya satmayı planladılar. Onarımın mümkün olduğunu öne sürerek imha edilmemesini tavsiye ettim ve değerlendirme için geri götürdüm. Kısa bir özet şöyle:
Üçüncü Örnek: Yukarıda bahsedilen dört pil, Tianneng tarafından olmasa da Changxing, Zhejiang'da üretildi. Yeni çıkarıldıkları için herhangi bir ek test veya şarj işlemi yapılmadı. Açık devre voltajları şu şekildeydi: Ünite 1: 13,42V; Ünite 2: 13,36V; Ünite 3: 13,18V; Ünite 4: 12,4V. Açıkça görülüyor ki elektrolitleri düşüktü. Muhafaza açıldıktan sonra, ilk üç pildeki her hücreye 6 ml artı ilave 4 ml elektrolit verilirken, hücre 4'e 6 ml artı fazladan 2 ml elektrolit verildi. İki saat dinlendikten sonra ilk olarak 10A ile başlayan şarj, iki dakika sonra 3A'ya düşürüldü, yarım saat sonra kademeli moda geçildi. Gaz üretimi yavaş yavaş başladı. Hücre 1-3, tüm bölmelerde nispeten tutarlı gaz üretimi sergilerken, hücre 4, yaklaşık olarak aynı anda beş bölmede gaz üretimi gösterdi. Ancak gaz üretimi başladıktan sonra anoda yakın bölmeler hala önemli miktarda gaz üretmiyordu. Şarj işlemi durduruldu. Kapasite testi, 1-3 arasındaki hücrelerin yeni duruma yaklaştığını, hücre 4'ün ise yalnızca 1,5 Ah ürettiğini ortaya çıkardı. 1-3 numaralı hücrelerin her hücresine 4 mililitre su ekleyin, ardından tüm hücreler gaz üretene kadar adım adım şarj edin. Hücre 4'ü bir saat boyunca ayrı ayrı şarj edin, ardından 5A'de boşaltın. Terminal voltajını izleyin: 13,2V'den 10,5V'a düşmek 20 dakika sürdü ve 8,32V'ye ulaşmak 5 dakikadan az sürdü. Testi durdurmadan önce bir saat boyunca 8,15V civarında tutarak 5A'de boşaltmaya devam edin. Neden duralım? Sonuç ortaya çıktı: anotun yanındaki hücre kusurluydu ve yaklaşık 1,5 Ah kapasiteye sahipti. Kısa bir teorik açıklama: 13,2V'den 10,5V'a 20 dakikalık düşüş, hatalı hücrenin (zaten 1,7V'nin önemli ölçüde altında) 1,5Ah'den daha az kapasiteye sahip olduğunu gösterdi. 5A deşarjına devam edildiğinde arızalı hücre 0V'a düştü. Geriye kalan beş sağlıklı hücre (10V) arızalı hücreyi ters şarj etti. Arızalı hücre ters şarjda yaklaşık 2V'ye ulaştığında uzun bir süre stabilize oldu. Akü terminal voltajı, beş sağlıklı hücrenin toplamı eksi arızalı hücrenin ters voltajına eşitti: 10V - 2V = 8V. Beş iyi hücreye zarar vereceğinden daha fazla deşarj gereksizdir. Arızalı hücreyi tespit etmek için: Bu akülerin elektrolit dolum portları 10Ah ünitelere göre çok daha küçüktür. Ev yapımı kurşun kaplamalı bir alet kullanılarak hatalı hücre saniyeler içinde belirlenebilir. Bu durumda, beş hücrede gaz oluşumu görülürken, anoda yakın olan hücrede bu görülmedi. Testler, bu hücrenin kısmi hücre ayrılmasıyla hatalı olduğunu doğruladı. İzole edilmiş tedavi bu hücreyi 10Ah kapasiteye geri getirdi. Onarım artık tamamlandı. Hücre 1-3 yeniye yakın kapasite sergilerken Hücre 4 10Ah'a ulaşır (beş işlevsel hücre topluca Hücre 1-3'ün neredeyse yeni kapasitesine eşleşir).

Kapağı açmadan sülfatlamayı kontrol etme yöntemi
Pili açmadan sülfatlamayı belirlemenin bir yöntemi şöyledir: Pili, yaklaşık 0,05C'ye ayarlanmış ayarlanabilir bir sabit akım kaynağı kullanarak şarj edin. Sülfatlamanın aşağıdaki koşullarla gösterildiğine dikkat edin. Örnek olarak 12V'luk bir aküyü ele alırsak: başlangıç ​​voltajı 15V'u aşar (daha büyük bir sapma daha ciddi sülfatlanmayı gösterir) ve şarj süresi arttıkça voltaj düşer ve 15V'a yaklaşır. Sabit voltajlı şarja geçilirse akım artan bir eğilim gösterecektir. Bu benim pratik deneyimime dayanmaktadır, oysa standart literatürde tipik olarak yalnızca aşırı ısı üretimi, erken gaz çıkışı ve azalan kapasite gibi belirtilerden bahsedilmektedir. Kurşun-asit aküleri çeşitli sülfatlanma dereceleriyle karşılaştırarak, bu teşhis yöntemini sahada uzmanlaşan birkaç üniversite öğrencisine gösterdim. Ayarlanabilir sabit akım kaynağı, ders kitabım Siyah Beyaz Televizyon Kurulumu'nun ekinde yer alan 1978 tasarımım 'Yeni Yıldız Çok Fonksiyonlu Şarj Cihazı'dır. Başlangıçta ayrık doğrusal bileşenlere sahip bir 36V transformatör kullanan bu cihaz, daha sonra elektronik anahtarla kontrol edilen sabit akıma sahip entegre devre doğrusal tasarımına yükseltildi.

Muhafazayı açmadan su kaybının değerlendirilmesi

Kapağı açmadan su kaybının belirlenmesi iki eşzamanlı koşulu gerektirir: 1) 12V'luk bir akünün açık devre voltajı 13,2V'u aşıyor. 2) Azaltılmış kapasite. İlkokul öğrencileri bile bu ilkeleri kavrayabilirler. Temel teori iki önemli noktayı içerir: 1) Açık devre voltajı sülfürik asit konsantrasyonuyla ilişkilidir; su kaybı asit konsantrasyonunu artırarak terminal voltajını yükseltir. 2) Su kaybı elektrolit seviyesini düşürür, reaksiyona giren malzeme miktarını azaltır ve kapasiteyi azaltır. Koşullara ilişkin daha fazla açıklama: Yukarıda belirtilen değerler, 12V elektrikli araç aküsünün şarjdan yarım saat sonraki açık devre voltajına ilişkindir. Otomotiv aküleri için değerlerin daha düşük olması gerekir. Elektrikli araç aküleri için bile marka önemlidir; örneğin Panasonic aküleri, Zhejiang Changxing akülerine kıyasla daha düşük sülfürik asit özgül ağırlığı nedeniyle daha düşük değerlere sahiptir. Aynı zamanda dogmatik olunmaması gerektiğini de belirtmektedir: örneğin, görünüşte standart voltaja sahip ancak düşük kapasiteli bir pilin tipik olarak beş hücresi susuzdur ve bir hücresi kısmen ayrılmıştır.

Onarılamaz Standartlar
Onarılamaz standartlar (normal kullanımlı ve kurşun sülfatlı aküler için):
1.  Dış deformasyon, çatlama veya sızıntı varsa onarılamaz.
2.  İç arıza, mekanik hasar veya aşırı yüklenmiş plakaların karbon siyahına dönüşmesi durumunda onarılamaz; karakteristik belirtiler: şarj sırasında voltaj hızla yükselir ve bekleme sonrasında önemli ölçüde düşer.
3.  Zayıf CEL (Hücre Hatası Işığı), tek hücre arızası veya dahili kendi kendine deşarj görülmesi durumunda onarılamaz. (Forkliftlerdeki çıkarılabilir piller için, tek tek hücreler değiştirilebilir ve pil geri yüklenebilir.)