鉛酸電池充電器安全保護與有效使用的方法

陳紅力

（中山市技師學院，廣東 中山 528403）

1.充電器外殼須選擇鋁合金材料

目前，在整個電動兩輪車行業內，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與物理性能，適于制作一般機械零件、減磨耐磨零件、傳動零件和電訊零件，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，確保充電器的外殼具有阻燃效果。實驗證明，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問題：一個是成本增加一倍；另一個是充電器外殼變得脆弱，經不起摔跌和撞擊。據國家權威檢測部門對部分地區電動兩輪車的二級批發市場銷售的充電器進行抽查檢測，得到的結果是約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 電池內部結構

圖2 電池充電器

在市場監控難以做到全覆蓋、消費者難以對是否具有阻燃特性的充電器進行有效識別的情況之下，必須對充電器的外殼強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用在整個充電器中所占的比例不算太高，消費者普遍能接受。二是鋁合金散熱性能好。充電器在為電池充電過程中，因為有了鋁合金外殼，可以有效散熱，確保充電器的元器件壽命得到延長。三是可以將充電器做成封閉式進行防水功能，防止消費者在雨中充電時因進水而引發元器件的短路。

2.充電器電壓輸出應該為零

充電器如同變壓器，它將家用的220 V交流電轉變為42 V左右的直流電再給蓄電池補充電能。說得更具體些，充電器實際上有兩部分組成：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。根據目前電動自行車行業（這里主要提的是36 V12 Ah電池容量）標準要求，充電器在給電池充電時，輸出電壓應該控制在42 V以內。

事實上，由于制造充電器廠家為了滿足整車企業和消費者的充電時間縮短、充電效率高的要求，往往把充電器的輸出電壓設計得較高。尤其這些年來，大容量的鉛酸電池出現之后，與之配套的充電器設計進行了不斷的創新，主要采取的是，根據電池容量大小而對充電器的輸出電壓進行調整。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，對元器件的要求也就隨之提高。目前，充電器的充電方式無論是充電器的輸出電壓高低多少，主要通過3段式進行充電：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，要在設計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，這是保證充電器輸出（直流電）接頭一旦遇到兒童將金屬導線擅自插入而造成兒童的傷害事故，同時也避免接頭接觸雨水之類的導電之后形成短路而起火。一旦充電器輸出接頭接入電池，必須要有浮充設計，做到電池充滿之后，處于待機，電池自放電之后不斷給電池補充電源，一般待機的時間為1 h左右。這樣才能讓電池真正充滿，讓電動車騎行得更遠。

3.鉛酸電池充電安全最重要

鉛酸電池內放置保護板，這是杜絕電池失火的有效手段。現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在迅速增大；企業為了提高競爭優勢降低產品質量。

鉛酸電池的充電應該把安全放在第一位，其次為高效。現在企業為了急功近利，往往以高效為提前而不顧安全，這是目前電動車在充電器中發生起火的主要因素。因此，本文認為，提高充電安全與提高充電效率應該可以并行，但前提有幾個因素不能缺少：充電器的熔斷器性能與質量不能降低。目前，在整個充電器過充保護系統中，不僅只有一道熔斷即增加保險絲手段，而且有的廠家設計者為了降低成本，將熔斷器（保險絲）換成銅箔，這樣設計的目的就是防止保險絲自動熔斷，造成消費者退貨；由此廠家把充電過充帶來的風險由使用者（消費者來）自己來承擔。一旦電池充滿之后，消費者沒有及時斷掉電源線就會發生電池過充導致火災。

為此，電池自身上攜帶保護板以防止過充。鉛酸電池保護系統完全可以借鑒鋰電池保護板設計思路，這樣就可以避免電池被過充的問題。鉛酸電池的保護板設計，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閉候機狀態，那么，電池的保護板就再次發揮作用，將電壓電流切斷從而保護電池。這套電池自帶保護板的費用較低，消費者完全能接受的。

圖3 電池充電器

圖4 電池集成電路

[1]李興虎．電動汽車概論[M]．北京：北京理工大學出版社，2005：55-58．

[2]朱松然．蓄電池手冊[M]． 天津：天津大學出版社，1998：23-25．

[3]雷立旭，劉巍，馬蓓蓓．鉛酸電池的可持續生產：概念及應用[J]．電池工業，2016(1)：14-15．