전기자동차 충전기 및 축전지에 대한 지식

충전기 분류:

충전기는 주 주파수(50Hz) 변압기가 포함되어 있는지 여부에 따라 두 가지 주요 유형으로 분류될 수 있습니다. 화물 삼륜차 충전기는 일반적으로 주 주파수가 있는 변압기를 사용하므로 더 많은 전력을 소비하면서도 신뢰성과 경제성을 제공하는 더 크고 무거운 장치가 생성됩니다. 반대로 전기 자전거와 오토바이는 소위 스위칭 모드 전원 공급 장치 충전기를 사용하는데, 이는 에너지 효율적이고 비용 효율적이지만 고장이 발생하기 쉽습니다.
스위칭 모드 충전기의 올바른 절차는 다음과 같습니다. 충전하는 동안 배터리를 먼저 연결한 다음 주 전원을 연결합니다. 완전히 충전되면 배터리 플러그를 제거하기 전에 주 전원 공급 장치를 분리하십시오. 충전 중, 특히 충전 전류가 높을 때(빨간색 등으로 표시) 배터리 플러그를 분리하면 충전기가 심각하게 손상될 수 있습니다.
일반적인 스위칭 모드 충전기는 하프 브리지 및 단일 펄스 유형으로 더욱 세분화됩니다. 단일 펄스 충전기는 순방향 또는 플라이백 설계로 분류됩니다. 하프 브리지 설계는 비용이 높기는 하지만 우수한 성능을 제공하며 네거티브 펄스를 통합하는 충전기에 자주 사용됩니다. 보다 경제적인 플라이백 유형이 상당한 시장 점유율을 차지하고 있습니다.

네거티브 펄스 충전기 관련
납축전지는 100년이 넘는 역사를 가지고 있습니다. 처음에 글로벌 관행은 주로 전통적인 관점과 운영 절차를 고수했습니다. 0.1C(C는 배터리 용량을 나타냄) 속도로 충전 및 방전하면 수명이 연장되는 것으로 여겨졌습니다. 급속 충전 문제를 해결하기 위해 미국의 Max 씨는 1967년에 자신의 연구 결과를 전 세계적으로 발표했습니다. 여기에는 1C 속도를 초과하는 펄스 전류로 충전하고 충전 일시 중지 중에 방전 간격을 산재시키는 것이 포함되었습니다. 방전은 분극 감소를 촉진하고 전해질 온도를 낮추며 플레이트 전하 수용 용량을 향상시킵니다.
1969년경 중국 과학자들은 Mr. Max의 세 가지 원칙을 기반으로 여러 급속 충전기 브랜드를 성공적으로 개발했습니다. 충전주기는 고전류 펄스 충전 → 충전 회로 차단 → 배터리 잠깐 방전 → 방전 정지 → 충전 회로 재구축 → 고전류 펄스 충전...의 순서로 진행됐다.
2000년경에 이 원리가 전기 자동차 충전기에 적용되었습니다. 충전하는 동안 회로는 중단 없이 유지되었으며, 저저항 단락 회로를 사용하여 배터리를 순간적으로 방전시켰습니다. 단락 중에도 충전 회로는 활성 상태를 유지하므로 그 안에 인덕터가 직렬 연결되었습니다. 일반적으로 단락은 1초 내에 3~5밀리초 동안 지속됩니다(1초 = 1000밀리초). 인덕턴스 내의 전류는 급격하게 변할 수 없으므로 짧은 단락 시간이 충전기의 전력 변환부를 보호합니다. 충전 전류 방향을 양(+)이라고 하면 방전은 자연스럽게 음(-)이 됩니다. 이에 전기차 업계에서는 배터리 수명 연장 등을 주장하며 '네거티브 펄스 충전기'라는 신조어가 탄생했다.

3단 충전기 관련
최근 몇 년 동안 전기 자동차에는 소위 3단 충전기가 널리 채택되었습니다. 첫 번째 단계는 정전류 단계, 두 번째 단계는 정전압 단계, 세 번째 단계는 세류 단계라고 합니다. 전자 공학의 관점에서 보면 다음과 같이 더 정확하게 설명됩니다.
- 1단계: 충전 전류 제한 단계
- 2단계: 고정전압 단계
- 3단계: 낮은 정전압 단계 2단계와 3단계 사이의 전환 동안 패널 표시등이 이에 따라 변경됩니다. 대부분의 충전기는 첫 번째와 두 번째 단계에서 빨간색 표시등을 표시하고 세 번째 단계에서 녹색으로 전환합니다. 이러한 단계 간 전환은 충전 전류에 의해 결정됩니다. 특정 임계값을 초과하면 첫 번째와 두 번째 단계가 활성화되고, 그 미만으로 떨어지면 세 번째 단계가 트리거됩니다. 이 임계 전류를 천이 전류 또는 스위칭 전류라고 합니다.
브랜드 차량과 함께 제공되는 충전기를 포함한 초기 충전기는 표시기가 변경되었음에도 불구하고 실제 3단계 장치가 아닌 정전압, 전류 제한 충전기였습니다. 일반적으로 이들은 44.2V 부근의 안정적인 단일 전압 값을 유지했는데, 이는 당시의 고비중 황산염 배터리에 적합했습니다.
3단 충전기의 세 가지 주요 매개변수에 관해
첫 번째 중요한 매개변수는 세류 단계 동안의 낮은 정전압 값입니다. 두 번째는 두 번째 단계 동안의 높은 정전압 값입니다. 세 번째는 전환 전류입니다. 이 세 가지 매개변수는 배터리 수, 용량(Ah), 온도 및 배터리 유형의 영향을 받습니다. 쉽게 참조할 수 있도록 가장 일반적인 전기 자전거용 3단계 충전기(12V 10Ah 배터리 3개 직렬 연결)를 사용하여 설명하겠습니다.
첫째, 약 42.5V의 기준 전압을 갖는 세류 단계 동안 낮은 정전압 값입니다. 값이 높을수록 배터리 탈수 현상이 발생하여 과열 및 변형 위험이 높아집니다. 값이 낮을수록 완전 충전이 방해됩니다. 남부 지역에서는 이 값이 41.5V 미만이어야 합니다. 젤 배터리의 경우 41.5V 미만이어야 하며 남부 지역에서는 여전히 약간 낮아야 합니다. 이 매개변수는 상대적으로 엄격하며 참조 값을 초과해서는 안 됩니다.
다음으로, 기준 전압이 약 44.5V인 두 번째 단계의 높은 정전압 값을 고려합니다. 값이 높을수록 급속 완전 충전이 가능하지만 배터리 탈수 현상이 발생할 수 있으며, 이후 충전 단계에서 전류가 충분히 감소하지 않아 배터리 과열 및 변형이 발생할 수 있습니다. 값이 낮을수록 급속 완전 충전이 방해되지만 세류 단계로의 전환이 쉬워집니다. 첫 번째 값만큼 엄격하게 규제되지는 않지만 지나치게 높아서는 안 됩니다.

마지막으로 변환전류에 대해서는 기준값이 약 300mA이다. 값이 높을수록 열 변형이 줄어들어 배터리 수명에 도움이 되지만 급속 충전은 방해됩니다. 값이 낮을수록(일반인용) 충전이 원활해지지만, 장시간 고전압 충전으로 인해 배터리 탈수 현상이 발생하여 열 변형이 발생할 수 있습니다. 특히 개별 셀이 오작동하는 경우 충전 전류를 임계 전류 아래로 줄일 수 없으면 건강한 셀이 손상될 수 있습니다. 지정된 기준 범위는 ±50mA 또는 ±100mA의 편차를 허용하지만 200mA 미만으로 떨어지면 안 됩니다.
현재 46.5V의 높은 정전압 값, 41.5V의 낮은 정전압 값, 500mA를 초과하는 천이 전류를 특징으로 하는 수많은 저가형 플라이백 충전기가 시중에 나와 있습니다.
4개의 12V 배터리(총 48V)를 처리하는 충전기의 경우 처음 두 매개변수는 앞서 언급한 전압 기준 값을 3으로 나누고 4를 곱하여 계산됩니다. 높은 정전압은 약 59.5V, 낮은 정전압은 약 56.5V이다.
배터리 용량이 10Ah를 초과하는 경우 세 번째 매개변수(현재 값)를 적절하게 늘려야 합니다. 예를 들어, 17Ah 배터리에는 최대 500mA가 필요할 수 있습니다.

배터리 고장 메커니즘: 물 고갈; 황산염; 양극연화; 및 애노드로부터 활성 물질의 쉐딩(shedding)을 포함한다.

과충전 회복. 배터리 수명이 주요 관심사가 아닌 경우 이 복구 방법을 사용하면 즉각적인 결과를 얻을 수 있습니다. 심방전 및 재충전 주기는 배터리 용량을 증가시킬 수 있으며 이는 전 세계적으로 인정되는 사실입니다. 그러나 이로 인해 배터리 수명이 저하될 수 있습니다. 이 사이트의 많은 게시물은 과충전이 양극판의 표면 α-산화납을 β-납 산화물로 변환하여 용량을 높이는 방법에만 초점을 맞추고 있습니다. 수리 중에 이 접근 방식을 사용하면 복구할 수 없는 용량 손실이 발생할 위험이 있습니다. 재생을 위해 제조업체에 반환된 일부 배터리는 이러한 방법을 사용하여 처리되었습니다.
개인적인 경험을 바탕으로, 제조 과정에서 플레이트 형성 과정과 병행하여 전류와 지속 시간을 엄격하게 제한하면 효과적인 과방전 및 과충전 복원이 탁월한 결과를 얻을 수 있다고 믿습니다. 핵심은 모든 경우에 일률적으로 역과금을 적용하는 것이 아니라 분별력에 있습니다. 최근 사례를 생각해 보십시오. 지인인 Lao San의 매장을 방문하는 동안 최근 전기 오토바이에서 제거된 17Ah 배터리 4개를 발견했습니다. 그들은 중고 배터리 수집가에게 (120위안) 팔려고 했습니다. 나는 수리가 가능하다고 제안하면서 폐기하지 말라고 조언하고 평가를 위해 다시 가져갔습니다. 간략한 요약은 다음과 같습니다.
예 3: 앞서 언급한 4개의 배터리는 Zhejiang의 Changxing에서 제조되었지만 Tianneng에서는 제조되지 않았습니다. 새로 제거되었기 때문에 추가 테스트나 충전은 수행되지 않았습니다. 개방 회로 전압은 다음과 같습니다: 유닛 1: 13.42V; 유닛 2: 13.36V; 유닛 3: 13.18V; 유닛 4: 12.4V. 분명히 전해질이 부족했습니다. 케이스를 연 후 처음 3개 배터리의 각 셀에는 6ml와 추가로 4ml의 전해질이 들어왔고, 셀 4에는 6ml에 추가로 2ml의 전해질이 들어갔습니다. 2시간 동안 휴지 후 처음에는 10A에서 충전이 시작되었고, 2분 후에는 3A로 감소되었으며, 30분 후에는 강압 모드로 전환되었습니다. 가스 생산이 점차 시작되었습니다. 셀 1~3은 모든 구획에서 상대적으로 일관된 가스 생산을 보인 반면, 셀 4는 대략 동시에 5개 구획에서 가스 생산을 보여주었습니다. 그러나 가스 생산이 시작된 후에도 양극 근처 구획에서는 여전히 상당한 양의 가스가 생산되지 않았습니다. 충전이 중단되었습니다. 용량 테스트 결과 셀 1~3은 새로운 조건에 근접한 반면, 셀 4는 1.5Ah만 생산한 것으로 나타났습니다. 셀 1~3의 각 셀에 물 4ml를 추가한 다음 모든 셀에서 가스가 생성될 때까지 단계적으로 충전합니다. 셀 4를 별도로 1시간 동안 충전한 후 5A로 방전합니다. 모니터 단자 전압: 13.2V에서 10.5V로 떨어지는 데 20분, 8.32V에 도달하는 데 5분도 채 걸리지 않았습니다. 테스트를 중단하기 전에 1시간 동안 약 8.15V를 유지하면서 5A로 계속 방전합니다. 왜 멈춰? 결론은 다음과 같습니다. 양극에 인접한 셀에 결함이 있으며 용량이 약 1.5Ah입니다. 간략한 이론적 설명: 13.2V에서 10.5V로 20분 동안 강하한 것은 결함이 있는 셀(이미 1.7V보다 훨씬 낮음)이 1.5Ah 미만의 용량을 가지고 있음을 보여줍니다. 5A 방전이 계속되자 결함이 있는 셀은 0V로 떨어졌습니다. 나머지 5개의 정상 셀(10V)은 결함이 있는 셀을 역충전했습니다. 결함이 있는 셀이 역충전으로 거의 2V에 도달하면 장기간 안정화되었습니다. 배터리 단자 전압은 5개의 정상 셀의 합에서 결함이 있는 셀의 역전압을 뺀 값과 같습니다(10V - 2V = 8V). 추가 방전은 5개의 양호한 셀을 손상시키므로 불필요합니다. 결함이 있는 셀을 식별하려면: 이 배터리에는 10Ah 장치보다 전해질 충전 포트가 훨씬 작습니다. 집에서 만든 납 도금 도구를 사용하면 몇 초 안에 결함이 있는 셀을 확인할 수 있습니다. 이 경우, 5개의 셀에서 가스 발생이 나타났지만, 양극 근처의 셀에서는 그렇지 않았습니다. 테스트를 통해 이 셀에 결함이 있는 것으로 확인되었으며 부분적으로 셀이 분리되었습니다. 분리 처리를 통해 이 셀을 10Ah 용량으로 복원했습니다. 이제 수리가 완료되었습니다. 셀 1~3은 거의 새로운 용량을 보이는 반면, 셀 4는 10Ah에 도달합니다(다섯 개의 기능성 셀이 전체적으로 셀 1~3의 거의 새로운 용량과 일치함).

커버를 열지 않고 황산염을 확인하는 방법
다음은 배터리를 열지 않고 황산염을 측정하는 방법입니다. 약 0.05C로 설정된 조정 가능한 정전류 소스를 사용하여 배터리를 충전합니다. 황산화는 다음 조건으로 표시됩니다. 12V 배터리를 예로 들면, 초기 전압은 15V를 초과하고(편차가 클수록 황산염이 심함을 나타냄), 충전 시간이 길어질수록 전압은 감소하여 15V에 가까워집니다. 정전압 충전으로 전환하면 전류가 증가하는 경향을 보입니다. 이것은 나의 실제 경험을 바탕으로 한 것입니다. 반면 표준 문헌에서는 일반적으로 과도한 열 발생, 조기 가스 발생 및 용량 감소와 같은 증상만 언급합니다. 저는 현장에서 현장을 방문하는 여러 명의 대학생에게 이 진단 방법을 시연하여 다양한 수준의 황산화 납산 배터리를 비교했습니다. 조정 가능한 정전류 소스는 내 교과서 흑백 텔레비전 설치의 부록에 포함된 1978년 디자인인 'New Star 다기능 충전기'입니다. 원래 개별 선형 구성 요소가 있는 36V 변압기를 활용했지만 나중에 전자 스위치로 제어되는 정전류를 갖춘 집적 회로 선형 설계로 업그레이드되었습니다.

케이싱을 열지 않고 수분 손실 평가

덮개를 열지 않고 수분 손실을 결정하려면 두 가지 동시 조건이 필요합니다. 1) 12V 배터리의 개방 회로 전압이 13.2V를 초과합니다. 2) 용량 감소. 초등학생도 이러한 원리를 이해할 수 있습니다. 기본 이론에는 두 가지 핵심 사항이 포함됩니다. 1) 개방 회로 전압은 황산 농도와 상관 관계가 있습니다. 물 손실은 산 농도를 증가시켜 단자 전압을 높입니다. 2) 수분 손실로 인해 전해질 수준이 낮아져 반응 물질의 양이 감소하고 용량이 감소합니다. 조건에 대한 추가 설명: 앞서 언급한 값은 충전 후 30분 후 12V 전기 자동차 배터리의 개방 회로 전압을 나타냅니다. 자동차 배터리의 경우 값이 더 낮아야 합니다. 전기 자동차 배터리의 경우에도 브랜드가 중요합니다. 예를 들어 Panasonic 배터리는 Zhejiang Changxing 배터리에 비해 황산 비중이 낮기 때문에 값이 더 낮습니다. 또한 독단적으로 말해서는 안 된다고 명시합니다. 예를 들어, 겉보기에는 표준 전압이지만 용량이 낮은 배터리는 일반적으로 물이 부족한 5개의 셀이 있고, 한 개의 셀은 부분적으로 분리되어 있습니다.

돌이킬 수 없는 기준
복구 불가능한 표준(일반적인 사용 및 황산납 배터리의 경우):
1.  외부 변형, 균열, 누출이 있는 경우 수리가 불가능합니다.
2.  내부 고장, 기계적 손상 또는 과충전된 플레이트가 카본 블랙으로 변하는 경우 복구할 수 없습니다. 특징적인 증상: 충전 중에는 전압이 급격하게 상승하고 서 있으면 전압이 크게 떨어집니다.
3.  CEL(셀 오류 표시등) 불량, 단일 셀 오류 또는 내부 자체 방전이 나타나는 경우에는 복구할 수 없습니다. (지게차 탈착식 배터리의 경우 개별 셀을 교체하고 배터리를 복원할 수 있습니다.)