三段式充电器及其和电池的配套

二、三段式充电器及其和电池的配套

十年来，电动自行车用充电器中最成熟也是市场占有率最高的当数三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段，第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫做涓流阶段。从电子技术角度来说：第一个阶段叫做充电限流阶段，第二个阶段叫做高恒压阶段，第三个阶段叫做低恒压阶段。第二阶段和第三阶段转换时，面板上充电状态指示灯相应变换，大多数充电器第一阶段和第二阶段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的，电流大于某值进入前两个阶段，小于该值进入第三阶段。这个电流值叫做转换电流，也叫做转折电流。

充电器各阶段的电压值和电流值不是任意的，下面介绍的四个重要参数有的与电池格数有关，有的与电池的容量有关，有的与温度有关，还与电池板栅配方有关。

1．关于三段式充电器的四个关键参数

（1）第一阶段的限流值，第一阶段的限流值与电池极板接受能力有关，一般在0.2～0.3C之间。目前市场上为容量10～14A·h电池配套的充电器一般为2A，大部分产品在1.8A左右。为容量17～20A·h电池配套的充电器一般为2.5A，大部分产品是2～3A。该值高极板接受不了，只能是电解水。好在大部分充电器的该值是由充电器功率限制部分决定的，厂家出于对充电器安全的考虑，对该值的设定一般不会太大。

第一阶段的充电电压值和充电电流值需要专门的测试仪器才能准确测出。

（2）第三阶段（涓流阶段）的低恒压值，该值与容量无关，与单格的阳极开始大量析氧电压2.35V为限度。例如36V的车为三块12V电池共18个格，参考电压＝2.35V×18≈42.5V。此值高容易使电池失水，致使电池发热变形；此值低则不利于电池快速充足电量。考虑到电池电动势的负温度特性，普通AGM电池用充电器此值在南方地区要低于41.5V。胶体电池的氧循环需要特别关注，一般该值要低于41.5V，如在南方地区还要低一点儿。这个参数是相对严格的，不可以大于此参考值。如果是48V车，用4块12V电池共24个格，参考电压＝2.35V×24≈56.5V。

特别强调：析氢电压与板栅的配方有关，目前生产上使用的合金有三类，传统铅锑合金，低锑或超低锑合金以及铅钙系列。铅钙锡铝板栅的析氢电压比铅锑镉材料的析氢电压高，含镉的也比低锑的析氢电压高。板栅是什么合金？仅凭肉眼区别不了，需要厂家提供。业余只能通过测试开始大量析气时的电压来区别，理论上铅钙合金的比铅锑合金的析氢电压单格高大约100mV。加镉的目的主要是可以增强电池深度循环能力延长电池使用寿命，镉有污染环境的危险，国家明令停止使用，但仍有厂家在使用。

第三阶段的充电电压值很容易测得，空载（不接电池）用数字电压表直流200V挡测充电器_输出端开路电压即是低恒压值，此时充电状态指示灯一般为绿色。

（3）第二阶段（恒压阶段）的高恒压值，该值也与容量无关，与单格的阴极开始大量析氢电压2.42V为限度。例如，36V车三块12V电池共18个格，参考电压＝2.42V×18≈44V。此值高有利于快速充足电，但是电池容易失水，充电后期电流降不下来，结果容易使电池发热变形；此值低不利于电池快速充足电，但有利于向涓流阶段转换。这个值虽然没有第一个值那样严格，但是也不要过高。如果是48V车4块12V电池共24个格，参考电压＝2.42V×24≈58.5V。

这一阶段带着负载（电池），充电器的_输出端电压并不是恒定的，测试要麻烦一些。只有在充电状态指示灯由红色转为绿色前较短时间的_输出端电压值才是高恒压值。

（4）第四个重要参数为转折电流，主要与电池容量及其自放电有关，与电池数目无关。例如，为10A·h电池配套的充电器该参考值为300mA左右。此值高对电池寿命有利，不容易发热变形，但不利于电池快速充足电；对外行而言，此值低有利于充足电，由于较长时间高电压充电，很容易使电池失水，使电池发热变形。个别电池出现问题时，充电电流降不到转折电流以下时，会连累好电池也被充坏。给出的参考值有一定范围，±50mA都是允许的，但是不允许小于200mA。为17～22A·h电池配套的充电器转折电流参考值为500mA左右，允许偏差±80mA。这个参数很重要，大比小对电池来说安全。

转折电流值也需要专门的测试仪器才能准确测出。笔者设计的多用充电器检测器能轻易取得上述4个关键参数。

上述数据是许多电池生产和充电器生产厂家经大量实践总结出来的，当单格电压升高到2.35V左右时，充入电量大约在70％以上开始析氧，并且能被阴极吸收消化，从2.35～2.42V这段时间很短，充入电量大约在80％以上，会继续高恒压状态充电，同时将产生大量气体，并且开始析氢。正常的10A·h电池此时的充电电流将降到300mA以下，17～22A·h电池将降到500mA以下。此刻，充电器必须降到第三阶段低恒压值2.35V以下后改为涓流充电，继续充几小时电池才可以充足。

2．关于三段式充电器和电池的配套问题

（1）功率匹配问题

为大容量电池配套的充电器，一般限流值大、转折电流大；反之，这两个参数值小。用大容量充电器为小容量电池充电，充入电量远没有到80％的充电状态，指示灯就提前转换了。转灯后必须要再充几个小时才能使电池充满。再有就是功率相差太大，第一阶段的限流值是否超越极板的接受能力，如果超越，充电时会听到“吱吱”的析气声。小容量充电器为大容量电池充电的危害比较多，比如：充电时间长；由于充电电流降不到转折电流而长期处于第二阶段的高恒压值充电状态，最容易使电池发热变形。

（2）和板栅合金的匹配问题

这个问题说来容易做着难，原因是单格2.35V析氧、2.42V析氢是针对铅钙锡铝板栅电池而言的，如果是其他板栅就可能存在不配套的问题。建议用户使用厂家给电池配套的充电器，或者使用第二阶段（高恒压值）稍低的充电器。

电池专家张平安实际测试12V电池，铅钙锡铝板栅的比铅锑镉板栅的析气电压高200mV。铅钙合金的电池比铅锑合金的电池失水电压高200～250mV/12V。200mV是6格的经验参数，也就是说，“铅钙电池”和“铅锑电池”在同样的酸比重和同样的充电饱和度的情况下，铅钙电池的开路电压高200mV/12V，这是一个经验参数。一般“铅钙电池”的厂家为了把电池充得饱和，配置的三段式充电器的最高电压比较高。

针对铅锑合金电池6-DZM-12的三段式充电器，最佳参数为：初始充电电流为1.8A，太大充电过程温度提高，特别是夏天对电池不好，太低在实际使用中容易造成充电不够饱和的情况；恒压为14.8V/12V，太高容易造成失水，太低容易充电不饱和；转灯电流320mA，太高充电不饱和，太低容易造成指示灯不转换，特别是电池合金不标准的电池；浮充：只设定电压，电流由电池自己决定。电压13.9V/12V，太高容易造成失水，太低均衡和补充效果不好。

新电池可用下述办法区别板栅材料是铅钙合金还是铅锑合金，以12V10A·h电池为例，用带电流表的稳压电源给其充电，用大量析氧电压2.35V×6＝14.1V恒压充电时，若充电电流最低可以降到100mA，一般是铅钙合金；只能降到300mA左右，则是铅锑合金。

目前，浙江省以天能、超威等为主的长兴地区，主要生产铅锑合金电池；福建省以厦门华天数码电池和亚亨等为主，主要生产铅锑合金电池；广东省以恒利、则良、瑞达等为主，主要生产铅钙合金电池；江苏省以双登、华富等为主，主要生产铅钙合金电池；上海市海宝：生产铅钙合金电池；沈阳松下：生产铅钙合金电池。

铅锑合金的电池比铅钙合金的电池更容易修，修好后寿命也比较理想。

教科书一般把二氧化铅和硫酸铅称之为阳极的活性物质，绒状铅和硫酸铅称为阴极的活性物质。和教科书不同之处，笔者将电解液也纳入活性物质，其原因有3点：（1）有人用木桶原理来比喻电池的容量和条件的关系，木桶原理讲的是组成木桶的最短那块板决定了木桶的容积；一个电动车电池组由于是串联放电，所以电池组中那块容量最小的电池决定了电池组的容量；一块电池中，容量最小的那格决定了整块电池的容量。（2）单格电池的容量也符合木桶原理，阳极极板活性物质量、阴极极板活性物质量和电解液量是木桶的三块板，铅酸电池的薄弱环节主要还是阳极，设计中为了保护阳极，有的依靠电解液量控制，有的靠阴极活性物质量控制，有的依靠其中两者。UPS电池一般用电解液和阳极控制容量，电动自行车电池现在流行用阴极控制容量，有一个76、67法则：正极重量∶活物质=100∶76，正极活物质∶负极活物质=100∶67。（3）在快速判断电池故障及其是否有维修价值时，放电前的开路电压和放电后的开路电压都与电解液的密度和量密切相关。

这里特别指出：以松下、海宝、恒力等为代表的铅钙板栅电池，电解液酸浓度相对铅锑板栅电池比较低，充电器浮充电压以2.3V/格（13.6～13.8V/12V）为益，转折电流以40mA/A·h为益。用普通铅锑板栅电池的充电器给铅钙板栅电池充电，非常容易造成失水和热失控。