معرفة شواحن المركبات الكهربائية وبطاريات التخزين

تصنيف الشواحن:

يمكن تصنيف الشواحن إلى نوعين رئيسيين بناءً على ما إذا كانت تشتمل على محول تردد رئيسي (50 هرتز). عادةً ما تستخدم شواحن الدراجات الثلاثية الشحن محولات ذات تردد رئيسي، مما يؤدي إلى وحدات أكبر وأثقل تستهلك المزيد من الطاقة ولكنها توفر الموثوقية والقدرة على تحمل التكاليف. وعلى العكس من ذلك، تستخدم الدراجات الكهربائية والدراجات النارية ما يسمى بشواحن إمداد الطاقة ذات وضع التبديل، وهي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفعالة من حيث التكلفة ولكنها عرضة للفشل.
الإجراء الصحيح لشواحن تبديل الوضع هو: أثناء الشحن، قم بتوصيل البطارية أولاً، ثم مصدر التيار الكهربائي؛ عند الشحن الكامل، افصل مصدر التيار الكهربائي قبل إزالة قابس البطارية. قد يؤدي إزالة قابس البطارية أثناء الشحن، خاصة عندما يكون تيار الشحن مرتفعًا (يُشار إليه بضوء أحمر)، إلى تلف الشاحن بشدة.
تنقسم أجهزة الشحن ذات وضع التبديل الشائعة إلى أنواع نصف جسر وأنواع نبض واحد. يتم تصنيف أجهزة الشحن أحادية النبض على أنها تصميمات أمامية أو خلفية. تقدم تصميمات نصف الجسر، على الرغم من ارتفاع تكلفتها، أداءً فائقًا وتستخدم بشكل متكرر في أجهزة الشحن التي تتضمن نبضات سلبية. تتمتع أنواع Flyback، كونها أكثر اقتصادا، بحصة سوقية كبيرة.

فيما يتعلق بشواحن النبض السلبي
تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بتاريخ يمتد لأكثر من قرن من الزمان. في البداية، التزمت الممارسات العالمية إلى حد كبير بوجهات النظر التقليدية وإجراءات التشغيل: كان من المعتقد أن الشحن والتفريغ بمعدل 0.1 درجة مئوية (حيث تشير C إلى سعة البطارية) يعمل على إطالة عمر البطارية. ولمواجهة تحديات الشحن السريع، نشر السيد ماكس من الولايات المتحدة نتائج أبحاثه عالميًا في عام 1967. وشمل ذلك الشحن بتيارات نبضية تتجاوز معدل 1 درجة مئوية، تتخللها فترات تفريغ أثناء توقف الشحن مؤقتًا. يسهل التفريغ تقليل الاستقطاب، ويخفض درجة حرارة الإلكتروليت، ويعزز قدرة قبول شحن اللوحة.
حوالي عام 1969، نجح العلماء الصينيون في تطوير العديد من العلامات التجارية للشواحن السريعة بناءً على مبادئ السيد ماكس الثلاثة. استمرت دورة الشحن على النحو التالي: شحن نبضي عالي التيار ← قطع دائرة الشحن ← تفريغ البطارية لفترة قصيرة ← إيقاف التفريغ ← إعادة إنشاء دائرة الشحن ← شحن نبضي عالي التيار...
وفي حوالي عام 2000، تم تكييف هذا المبدأ مع شواحن السيارات الكهربائية. أثناء الشحن، ظلت الدائرة دون انقطاع، مستخدمة دائرة قصر منخفضة المقاومة لتفريغ البطارية مؤقتًا. نظرًا لأن دائرة الشحن ظلت نشطة أثناء حدوث قصر الدائرة، فقد تم توصيل محث على التوالي بداخلها. عادة، تستمر الدائرة القصيرة من 3 إلى 5 مللي ثانية خلال ثانية واحدة (1 ثانية = 1000 مللي ثانية). وبما أن التيار داخل الحث لا يمكن أن يتغير فجأة، فإن مدة الدائرة القصيرة القصيرة تحمي قسم تحويل الطاقة في الشاحن. إذا كان اتجاه تيار الشحن موجبًا، يصبح التفريغ سالبًا بشكل طبيعي. وبالتالي، صاغت صناعة السيارات الكهربائية مصطلح "شاحن النبض السلبي"، بدعوى أنه يمكن أن يطيل عمر البطارية وما إلى ذلك.

فيما يتعلق بالشواحن ثلاثية المراحل
في السنوات الأخيرة، اعتمدت السيارات الكهربائية على نطاق واسع ما يسمى بالشواحن ثلاثية المراحل. تسمى المرحلة الأولى بمرحلة التيار الثابت، والثانية بمرحلة الجهد المستمر، والثالثة بمرحلة التتابع. ومن منظور الهندسة الإلكترونية، يتم وصفها بشكل أكثر دقة على النحو التالي:
- المرحلة الأولى: مرحلة تحديد تيار الشحن
- المرحلة الثانية : مرحلة الجهد المستمر العالي
- المرحلة الثالثة: مرحلة الجهد الثابت المنخفض أثناء الانتقال بين المرحلتين الثانية والثالثة تتغير أضواء مؤشر اللوحة تبعاً لذلك. تعرض معظم أجهزة الشحن ضوءًا أحمر خلال المرحلتين الأولى والثانية، وتتحول إلى اللون الأخضر خلال المرحلة الثالثة. يتم تحديد هذا الانتقال بين المراحل بواسطة تيار الشحن: فتجاوز حد معين ينشط المرحلتين الأولى والثانية، بينما يؤدي الانخفاض تحته إلى تشغيل المرحلة الثالثة. يُطلق على تيار العتبة هذا اسم تيار الانتقال أو تيار التبديل.
أجهزة الشحن المبكرة، بما في ذلك تلك التي تم توفيرها مع المركبات ذات العلامات التجارية، على الرغم من ظهور تغييرات في المؤشرات، كانت في الواقع أجهزة شحن ذات جهد ثابت ومحدود التيار بدلاً من وحدات حقيقية ثلاثية المراحل. عادةً، حافظت هذه على قيمة جهد ثابتة واحدة تبلغ حوالي 44.2 فولت، والتي كانت كافية لبطاريات الكبريتات ذات الجاذبية النوعية العالية في ذلك العصر.
فيما يتعلق بالمعلمات الرئيسية الثلاثة لأجهزة الشحن ثلاثية المراحل
المعلمة الحرجة الأولى هي قيمة الجهد الثابت المنخفض خلال مرحلة الهزيل. والثاني هو قيمة الجهد الثابت العالي خلال المرحلة الثانية. والثالث هو التيار الانتقالي. تتأثر هذه المعلمات الثلاثة بعدد البطاريات وقدرتها (Ah) ودرجة الحرارة ونوع البطارية. لتسهيل الرجوع إليها، سنوضح استخدام الشاحن ثلاثي المراحل الأكثر شيوعًا للدراجات الكهربائية (ثلاث بطاريات 12 فولت 10 أمبير متسلسلة):
أولاً، قيمة الجهد الثابت المنخفض أثناء مرحلة التقطر، بجهد مرجعي يبلغ حوالي 42.5 فولت. تؤدي القيمة الأعلى إلى جفاف البطارية، مما يزيد من خطر ارتفاع درجة الحرارة والتشوه؛ القيمة الأقل تعيق الشحن الكامل. وفي المناطق الجنوبية، يجب أن تكون هذه القيمة أقل من 41.5 فولت؛ بالنسبة للبطاريات الهلامية، يجب أن يكون أقل من 41.5 فولت، وأقل قليلاً في المناطق الجنوبية. هذه المعلمة صارمة نسبيًا ويجب ألا تتجاوز القيمة المرجعية.
بعد ذلك، خذ بعين الاعتبار قيمة الجهد الثابت العالي في المرحلة الثانية، بجهد مرجعي يبلغ حوالي 44.5 فولت. تعمل القيمة الأعلى على تسهيل الشحن الكامل السريع ولكنها قد تتسبب في جفاف البطارية، مع فشل التيار في الانخفاض بشكل كافٍ في مرحلة الشحن اللاحقة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية وتشوهها. تعيق القيمة المنخفضة الشحن الكامل السريع ولكنها تسهل الانتقال إلى مرحلة التتابع. على الرغم من عدم تنظيمها بشكل صارم مثل القيمة الأولى، إلا أنها لا ينبغي أن تكون مرتفعة بشكل مفرط.

أخيرًا، فيما يتعلق بتيار التحويل، تبلغ القيمة المرجعية حوالي 300 مللي أمبير. تفيد القيمة الأعلى عمر البطارية عن طريق تقليل التشوه الحراري، على الرغم من أنها تعيق الشحن السريع. القيمة المنخفضة (للأشخاص العاديين) تسهل عملية الشحن، ولكن بسبب الشحن عالي الجهد لفترة طويلة، قد تتسبب في جفاف البطارية، مما يؤدي إلى تشوه حراري. خاصة عندما تتعطل الخلايا الفردية، إذا لم يكن من الممكن تقليل تيار الشحن إلى ما دون عتبة التيار، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الخلايا السليمة. يسمح النطاق المرجعي المحدد بانحرافات تبلغ ±50 مللي أمبير أو حتى ±100 مللي أمبير، ولكن يجب ألا يقل عن 200 مللي أمبير.
حاليًا، تتوفر العديد من أجهزة الشحن ذات التكلفة المنخفضة في السوق والتي تتميز بقيم جهد ثابت عالية تبلغ 46.5 فولت، وقيم جهد ثابت منخفض تبلغ 41.5 فولت، وتيارات انتقالية تتجاوز 500 مللي أمبير.
بالنسبة لشاحن يتعامل مع أربع بطاريات 12 فولت (إجمالي 48 فولت)، يتم حساب المعلمتين الأوليين عن طريق قسمة القيم المرجعية للجهد المذكورة أعلاه على ثلاثة وضربها في أربعة. يبلغ الجهد الثابت العالي حوالي 59.5 فولت، والجهد الثابت المنخفض حوالي 56.5 فولت.
إذا تجاوزت سعة البطارية 10 أمبير، فيجب زيادة المعلمة الثالثة (القيمة الحالية) بشكل مناسب. على سبيل المثال، قد تتطلب بطارية 17 أمبير ما يصل إلى 500 مللي أمبير.

آليات فشل البطارية: استنزاف المياه؛ الكبريتة. تليين الأنود؛ وطرح المادة الفعالة من الأنود.

استرداد فاحش. إذا لم يكن عمر البطارية هو الاهتمام الرئيسي، فإن طريقة الاسترداد هذه تعطي نتائج فورية. يمكن لدورات التفريغ العميق وإعادة الشحن أن تزيد من سعة البطارية، وهي حقيقة معترف بها عالميًا. ومع ذلك، فإن هذا قد يؤثر على عمر البطارية. تركز العديد من المنشورات على هذا الموقع فقط على كيفية قيام الشحن الزائد بتحويل أكسيد الرصاص ألفا السطحي إلى أكسيد الرصاص بيتا على اللوحة الإيجابية، وبالتالي تعزيز السعة. يؤدي استخدام هذا الأسلوب أثناء الإصلاح إلى مخاطر التسبب في فقدان القدرة بشكل لا رجعة فيه. تمت معالجة بعض البطاريات التي تم إرجاعها إلى الشركات المصنعة للتجديد باستخدام هذه الأساليب.
استنادًا إلى الممارسة الشخصية، أعتقد أن الاستعادة الفعالة للتفريغ الزائد والشحن الزائد يمكن أن تؤدي إلى نتائج ممتازة عند الحد بشكل صارم من التيار والمدة، مع رسم أوجه التشابه مع عملية تشكيل اللوحة أثناء التصنيع. ويكمن المفتاح في التمييز، وليس تطبيق الشحن العكسي بشكل موحد في جميع الحالات. خذ بعين الاعتبار حالة حديثة: أثناء زيارتي لمتجر أحد معارفي لاو سان، صادفت أربع بطاريات بقوة 17 أمبير تمت إزالتها مؤخرًا من دراجة نارية كهربائية. كانوا يعتزمون بيعها (مقابل 120 يوانًا) إلى أحد جامعي البطاريات المستعملة. لقد نصحت بعدم التخلص منها، واقترحت أن الإصلاح ممكن، وأعدتها للتقييم. وفيما يلي ملخص موجز:
المثال الثالث: تم تصنيع البطاريات الأربع المذكورة أعلاه في مدينة تشانغشينغ بمقاطعة تشجيانغ، ولكن ليس في شركة تياننغ. نظرًا لإزالتها حديثًا، لم يتم إجراء أي اختبار أو شحن إضافي. كانت جهود الدائرة المفتوحة كما يلي: الوحدة 1: 13.42 فولت؛ الوحدة 2: 13.36 فولت؛ الوحدة 3: 13.18 فولت؛ الوحدة 4: 12.4 فولت. من الواضح أنهم كانوا منخفضين في الشوارد الكهربائية. بعد فتح الغلاف، تلقت كل خلية في البطاريات الثلاث الأولى 6 مل بالإضافة إلى 4 مل إضافية من الإلكتروليت، بينما تلقت الخلية 4 6 مل بالإضافة إلى 2 مل إضافية. بعد الراحة لمدة ساعتين، بدأ الشحن عند 10 أمبير في البداية، ثم انخفض إلى 3 أمبير بعد دقيقتين، ثم انتقل إلى وضع التنحي بعد نصف ساعة. بدأ إنتاج الغاز تدريجياً. أظهرت الخلايا 1-3 إنتاجًا ثابتًا للغاز في جميع الأجزاء، بينما أظهرت الخلية 4 إنتاجًا للغاز في خمس حجرات في نفس الوقت تقريبًا. ومع ذلك، بعد بدء إنتاج الغاز، ظلت المقصورات القريبة من الأنود لا تنتج كميات كبيرة من الغاز. توقف الشحن. كشف اختبار السعة أن الخلايا 1-3 اقتربت من الحالة الجديدة، بينما أنتجت الخلية 4 1.5 أمبير فقط. أضف 4 ملليلتر من الماء إلى كل خلية من الخلايا 1-3، ثم اشحنها على مراحل حتى تنتج جميع الخلايا الغاز. قم بشحن الخلية 4 بشكل منفصل لمدة ساعة واحدة، ثم قم بتفريغها عند 5A. مراقبة الجهد الطرفي: استغرق الانخفاض من 13.2 فولت إلى 10.5 فولت 20 دقيقة، وأقل من 5 دقائق للوصول إلى 8.32 فولت. استمر في التفريغ عند 5 أمبير، مع الحفاظ على حوالي 8.15 فولت لمدة ساعة واحدة قبل إيقاف الاختبار. لماذا التوقف؟ وظهر الاستنتاج: كانت الخلية المجاورة للأنود معيبة، بسعة 1.5 أمبير تقريبًا. شرح نظري موجز: أظهر الانخفاض لمدة 20 دقيقة من 13.2 فولت إلى 10.5 فولت أن الخلية المعيبة (أقل بكثير بالفعل من 1.7 فولت) تمتلك قدرة أقل من 1.5 أمبير. استمرارًا لتفريغ 5A، انخفضت الخلية المعيبة إلى 0V. تقوم الخلايا الخمس السليمة المتبقية (10 فولت) بشحن الخلية المعيبة بشكل عكسي. عندما وصلت الخلية المعيبة إلى ما يقرب من 2 فولت في الشحن العكسي، استقرت لفترة طويلة. يساوي الجهد الطرفي للبطارية مجموع الخلايا الخمس السليمة مطروحًا منه الجهد العكسي للخلية المعيبة: 10 فولت - 2 فولت = 8 فولت. مزيد من التفريغ غير ضروري، لأنه قد يؤدي إلى تلف الخلايا الخمس الجيدة. لتحديد الخلية المعيبة: تحتوي هذه البطاريات على منافذ تعبئة إلكتروليت أصغر بكثير من وحدات 10 أمبير. وباستخدام أداة مطلية بالرصاص محلية الصنع، يمكن تحديد الخلية المعيبة في غضون ثوانٍ. في هذه الحالة، أظهرت خمس خلايا تطور الغاز، في حين أن الخلية القريبة من القطب الموجب لم تفعل ذلك. وأكد الاختبار أن هذه الخلية كانت معيبة، مع فصل جزئي للخلايا. أعاد العلاج المعزول هذه الخلية إلى سعة 10 أمبير. اكتمل الإصلاح الآن. تظهر الخلايا 1-3 سعة شبه جديدة، بينما تصل الخلية 4 إلى 10 أمبير (تتطابق الخلايا الوظيفية الخمس مجتمعة مع السعة الجديدة تقريبًا للخلايا 1-3).

طريقة فحص الكبريت دون فتح الغطاء
فيما يلي طريقة لتحديد الكبريت دون فتح البطارية: قم بشحن البطارية باستخدام مصدر تيار ثابت قابل للتعديل مضبوطًا على 0.05 درجة مئوية تقريبًا. لاحظ أن الكبريتة تتم الإشارة إليها بالشروط التالية. لنأخذ بطارية 12 فولت كمثال: الجهد الأولي يتجاوز 15 فولت (مع انحراف أكبر يشير إلى كبريتات أكثر شدة)، ومع زيادة وقت الشحن، ينخفض ​​الجهد، ويقترب من 15 فولت. إذا تم التبديل إلى الشحن بجهد ثابت، فسيظهر التيار اتجاهًا متزايدًا. ويستند هذا إلى خبرتي العملية، في حين أن الأدبيات القياسية عادة ما تذكر فقط أعراض مثل توليد الحرارة المفرط، وتطور الغاز المبكر، وانخفاض السعة. لقد قمت بعرض طريقة التشخيص هذه في الموقع على العديد من طلاب الجامعات الزائرين المتخصصين في هذا المجال، حيث قمت بمقارنة بطاريات الرصاص الحمضية بدرجات متفاوتة من الكبريتة. مصدر التيار الثابت القابل للتعديل هو تصميمي لعام 1978، "شاحن نيو ستار متعدد الوظائف"، المدرج في ملحق كتابي "تركيب تلفزيون أبيض وأسود". كان يستخدم في الأصل محول 36 فولت مع مكونات خطية منفصلة، ​​وتمت ترقيته لاحقًا إلى تصميم خطي لدائرة متكاملة مع تيار ثابت يتم التحكم فيه بواسطة مفتاح إلكتروني.

تقييم فقدان الماء دون فتح الغلاف

يتطلب تحديد فقدان الماء دون فتح الغطاء شرطين متزامنين: 1) يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة لبطارية 12 فولت 13.2 فولت. 2) انخفاض القدرة. حتى تلاميذ المدارس الابتدائية يمكنهم فهم هذه المبادئ. تتضمن النظرية الأساسية نقطتين رئيسيتين: 1) يرتبط جهد الدائرة المفتوحة بتركيز حمض الكبريتيك؛ يؤدي فقدان الماء إلى زيادة تركيز الحمض، مما يؤدي إلى رفع الجهد الطرفي. 2) يؤدي فقدان الماء إلى خفض مستوى الإلكتروليت، مما يقلل من كمية المواد المتفاعلة ويقلل القدرة. مزيد من التوضيح حول الشروط: تشير القيم المذكورة أعلاه إلى جهد الدائرة المفتوحة لبطارية السيارة الكهربائية 12 فولت بعد نصف ساعة من الشحن. بالنسبة لبطاريات السيارات، يجب أن تكون القيم أقل. وحتى بالنسبة لبطاريات السيارات الكهربائية، فإن العلامة التجارية مهمة - على سبيل المثال، تتمتع بطاريات باناسونيك بقيم أقل بسبب جاذبيتها النوعية المنخفضة لحمض الكبريتيك مقارنة ببطاريات تشجيانغ تشانغشينغ. كما تنص أيضًا على أنه لا ينبغي للمرء أن يكون دوغمائيًا: على سبيل المثال، البطارية ذات الجهد القياسي على ما يبدو ولكن ذات سعة منخفضة تحتوي عادةً على خمس خلايا تفتقر إلى الماء، مع خلية واحدة منفصلة جزئيًا.

معايير لا يمكن إصلاحها
معايير لا يمكن إصلاحها (للبطاريات ذات الاستخدام العادي وكبريتات الرصاص):
1.  لا يمكن إصلاحه في حالة ظهور تشوه خارجي أو تشقق أو تسرب.
2.  لا يمكن إصلاحه في حالة ظهور عطل داخلي، أو تلف ميكانيكي، أو تحول الألواح المشحونة بشكل زائد إلى اللون الأسود الكربوني؛ الأعراض المميزة: يرتفع الجهد بسرعة أثناء الشحن وينخفض ​​بشكل ملحوظ بعد الوقوف.
3.  لا يمكن إصلاحه في حالة ظهور ضعف CEL (ضوء خطأ الخلية)، أو فشل الخلية المفردة، أو التفريغ الذاتي الداخلي. (بالنسبة للبطاريات القابلة للإزالة في الرافعات الشوكية، يمكن استبدال الخلايا الفردية واستعادة البطارية.)