鉛酸電池充電器安全保護(hù)與有效使用的方法

陳紅力

（中山市技師學(xué)院，廣東 中山 528403）

1.充電器外殼須選擇鋁合金材料

目前，在整個(gè)電動(dòng)兩輪車行業(yè)內(nèi)，48 V20 Ah或以上容量的電池（見圖1-4），普遍采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styren ，ABS）該材料具有較好的化學(xué)與物理性能，適于制作一般機(jī)械零件、減磨耐磨零件、傳動(dòng)零件和電訊零件，但ABS阻燃效果較差。為了起到阻燃效果，生產(chǎn)廠家在ABS原料中添加高比例的阻燃劑，這樣才能保證充電過程中遇到充電器起火時(shí)，確保充電器的外殼具有阻燃效果。實(shí)驗(yàn)證明，讓充電器外殼能阻燃，必須要在ABS材料中按照1：1比例添加阻燃劑材料。但是，這樣比例制造出來的充電器外殼卻遇到兩個(gè)問題：一個(gè)是成本增加一倍；另一個(gè)是充電器外殼變得脆弱，經(jīng)不起摔跌和撞擊。據(jù)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)部門對(duì)部分地區(qū)電動(dòng)兩輪車的二級(jí)批發(fā)市場(chǎng)銷售的充電器進(jìn)行抽查檢測(cè)，得到的結(jié)果是約70%以上的充電器外殼不僅沒有阻燃，反而變成了助燃物品，成為了大火燃燒的 “幫兇”。

圖1 電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 電池充電器

在市場(chǎng)監(jiān)控難以做到全覆蓋、消費(fèi)者難以對(duì)是否具有阻燃特性的充電器進(jìn)行有效識(shí)別的情況之下，必須對(duì)充電器的外殼強(qiáng)制性采取使用鋁合金外殼的辦法來杜絕充電起火的問題。一是鋁合金外殼增加的費(fèi)用在整個(gè)充電器中所占的比例不算太高，消費(fèi)者普遍能接受。二是鋁合金散熱性能好。充電器在為電池充電過程中，因?yàn)橛辛虽X合金外殼，可以有效散熱，確保充電器的元器件壽命得到延長(zhǎng)。三是可以將充電器做成封閉式進(jìn)行防水功能，防止消費(fèi)者在雨中充電時(shí)因進(jìn)水而引發(fā)元器件的短路。

2.充電器電壓輸出應(yīng)該為零

充電器如同變壓器，它將家用的220 V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?2 V左右的直流電再給蓄電池補(bǔ)充電能。說得更具體些，充電器實(shí)際上有兩部分組成：一部分是將高電壓的交流電變成低電壓的直流電；另一部分是將低電壓的直流電輸送到電池里面去。不同材料的電池對(duì)輸送電壓要求是不盡相同的。

本文在此只介紹鉛酸電池的充電方式。按照充電器的工作原理，鉛酸電池接受電壓寬幅較大，48 V20 Ah的電池可以接受電壓42 V以上的直流電。根據(jù)目前電動(dòng)自行車行業(yè)（這里主要提的是36 V12 Ah電池容量）標(biāo)準(zhǔn)要求，充電器在給電池充電時(shí)，輸出電壓應(yīng)該控制在42 V以內(nèi)。

事實(shí)上，由于制造充電器廠家為了滿足整車企業(yè)和消費(fèi)者的充電時(shí)間縮短、充電效率高的要求，往往把充電器的輸出電壓設(shè)計(jì)得較高。尤其這些年來，大容量的鉛酸電池出現(xiàn)之后，與之配套的充電器設(shè)計(jì)進(jìn)行了不斷的創(chuàng)新，主要采取的是，根據(jù)電池容量大小而對(duì)充電器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。電池容量越大，充電器的輸出電壓也就越高。但是，隨著充電器的輸出電壓越高，對(duì)元器件的要求也就隨之提高。目前，充電器的充電方式無(wú)論是充電器的輸出電壓高低多少，主要通過3段式進(jìn)行充電：即恒流、恒壓及浮充3種方式。至于目前諸如脈沖式和變頻式充電等模式基本上都是大同小異。但是，為了確保充電的有效性和安全性，要在設(shè)計(jì)上做到輸出電壓在通電的情況之下必須為零。也就是充電器在沒有給電池充電的情況之下不能有電出現(xiàn)，這是保證充電器輸出（直流電）接頭一旦遇到兒童將金屬導(dǎo)線擅自插入而造成兒童的傷害事故，同時(shí)也避免接頭接觸雨水之類的導(dǎo)電之后形成短路而起火。一旦充電器輸出接頭接入電池，必須要有浮充設(shè)計(jì)，做到電池充滿之后，處于待機(jī)，電池自放電之后不斷給電池補(bǔ)充電源，一般待機(jī)的時(shí)間為1 h左右。這樣才能讓電池真正充滿，讓電動(dòng)車騎行得更遠(yuǎn)。

3.鉛酸電池充電安全最重要

鉛酸電池內(nèi)放置保護(hù)板，這是杜絕電池失火的有效手段。現(xiàn)在鉛酸電池的失火概率在增加，原因是鉛酸電池的使用基數(shù)在迅速增大；企業(yè)為了提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)降低產(chǎn)品質(zhì)量。

鉛酸電池的充電應(yīng)該把安全放在第一位，其次為高效。現(xiàn)在企業(yè)為了急功近利，往往以高效為提前而不顧安全，這是目前電動(dòng)車在充電器中發(fā)生起火的主要因素。因此，本文認(rèn)為，提高充電安全與提高充電效率應(yīng)該可以并行，但前提有幾個(gè)因素不能缺少：充電器的熔斷器性能與質(zhì)量不能降低。目前，在整個(gè)充電器過充保護(hù)系統(tǒng)中，不僅只有一道熔斷即增加保險(xiǎn)絲手段，而且有的廠家設(shè)計(jì)者為了降低成本，將熔斷器（保險(xiǎn)絲）換成銅箔，這樣設(shè)計(jì)的目的就是防止保險(xiǎn)絲自動(dòng)熔斷，造成消費(fèi)者退貨；由此廠家把充電過充帶來的風(fēng)險(xiǎn)由使用者（消費(fèi)者來）自己來承擔(dān)。一旦電池充滿之后，消費(fèi)者沒有及時(shí)斷掉電源線就會(huì)發(fā)生電池過充導(dǎo)致火災(zāi)。

為此，電池自身上攜帶保護(hù)板以防止過充。鉛酸電池保護(hù)系統(tǒng)完全可以借鑒鋰電池保護(hù)板設(shè)計(jì)思路，這樣就可以避免電池被過充的問題。鉛酸電池的保護(hù)板設(shè)計(jì)，主要的功能在于一旦電池充滿之后，充電器不能有效處于關(guān)閉候機(jī)狀態(tài)，那么，電池的保護(hù)板就再次發(fā)揮作用，將電壓電流切斷從而保護(hù)電池。這套電池自帶保護(hù)板的費(fèi)用較低，消費(fèi)者完全能接受的。

圖3 電池充電器

圖4 電池集成電路

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