重型卡车用蓄电池车载充电方法的研究

杨广福，邓亮，李晨旗，曹云鹏，谢晓东

（陕西凌云蓄电池有限公司，陕西 宝鸡 721304）

0 引言

近年来，为了提高司乘人员的舒适性，重型卡车基本上都带有逆变供电功能，将24V的直流电转化为220V的交流电，向电热毯、电磁炉、热水器、驻车空调等车载电器供电。当发动机停止后，起动用蓄电池就成了唯一的供电电源。在实际使用过程中，蓄电池热失控、短路、亏电、使用寿命短等不良现象经常发生。为了提高系统运行的可靠性，各蓄电池制造商针对蓄电池的循环耐久能力、充电接受性能进行了大量的改进工作，但收效甚微。

蓄电池的使用性能除受制造因素影响外，使用条件中如充电方法、放电深度、使用环境等因素也会严重影响蓄电池效能的发挥。目前，重型卡车均采用了24V系统。车载的充电方法为恒功率输出充电模式。最大输出电压为28.5V[1]。充电电流主要受发电机的输出功率控制，一般在50～70A。当蓄电池主要为车辆的起动以及偶尔的车载电器供电使用时，由于蓄电池的放电量很小，且放电深度很浅，常规28.5V的充电方法完全可满足蓄电池的使用要求。但是，当蓄电池在给驻车空调等大功率电器供电的使用模式下，该充电方法的可靠性和有效性值就得商榷。本文中，笔者主要是通过对增强富液式蓄电池的充电方法的研究，为车载充电方法的改进提供依据，以提高系统运行的可靠性。

1 实验

1.1 样品及仪器

实验中，采用的12V220Ah蓄电池在性能上满足JB/T12666—2016要求[2]，在40℃下50%DOD循环耐久寿命在240次以上。试验仪器主要为BTS600电池测试系统（迪卡龙(青岛）电子有限公司）。

1.2 充电电压对充电量的影响

在25℃±2℃下，将完全充电的蓄电池先以30A放电30min，再以16A放电5.5h后，用恒压U1，限流60A连续充电6h。记录充电2h时的充电电流I，以及充电4h时充电量与放电量的比值R。其中14.25V是根据重型卡车28.5V的最大充电电压折算的。从表1可以看出：蓄电池放电103Ah后，按恒压限流60A的充电模式充电时，随着充电电压从14.25V升高至16.00V，充电2h时的电流从12.79A逐渐下降至9.63A；当充电电压为15.50V时，充电2h时的充电电流为9.79A。随着充电电压的升高，充电电流在60A的持续时间较长，充电量较大，所以后期的充电电流较小。

表1 充电电压、电流与充放电量比

在放电量相同时，随着充电电压的升高，充电4h时的充电量逐步增加，充电量与放电量的比值R由0.981逐步升高至1.021。当充电电压为15.50V时，充电量与放电量的比值R达到1.003，说明此时只有充电量超过放电量，才有可能持续保持蓄电池的性能；在充电过程中，过充的电量主要用于电解液中水分的电解。当水分的电解消耗较大时，蓄电池的实际使用寿命会缩短。由此说明在25℃条件下，单只蓄电池的充电电压为15.50V比较理想。

1.3 充电电压对蓄电池循环耐久能力的影响

在不同的温度下，将完全充电的蓄电池按要求进行充放电循环：①以30A放电30min，再用16A放电5.5h；②以恒压U2限流60A，连续充电t1。步骤①～②为一个循环周期。当放电过程中蓄电池的端电压低于10.0V时，试验结束。

在25℃以恒压U2为14.25V充电8h进行循环耐久能力试验时，蓄电池16A放电结束时的端电压与循环寿命的关系如图1所示。图1中，蓄电池在第19次循环放电结束时，端电压下降至9.93V，致使试验结束。对失效的蓄电池在25℃用恒压16V，限流55A完全充电后，20小时率容量恢复到了223Ah，说明蓄电池的失效是由亏电引起的，也进一步说明单只蓄电池用14.25V的电压充电8h可造成亏电。

在25℃以恒压U2为15.50V充电4h，进行循环耐久能力试验时，蓄电池16A放电结束时的端电压与循环次数的关系如图2所示。图2中，在循环前期蓄电池端电压有所波动，但80次循环以后基本稳定。完成180次循环后，蓄电池的电压依然平稳，未发现有衰减的迹象，说明25℃下15.50V的电压充电4h，可满足使用要求。

在40℃以恒压U2为15.20V充电4h，进行循环耐久能力试验时，蓄电池16A放电结束时的端电压与循环次数的关系如图3所示。图3中，将15.50V（25℃）的充电电压按-20mV/℃校正至15.20V（40℃）后，蓄电池在40℃以15.20V充电4h的循环过程中端电压比较平稳，稍高于25℃15.50V下的测定值。并且经过180次的循环后，未发现蓄电池有衰减的迹象，说明40℃下15.20V的充电电压也可满足使用要求。

对比图1与图2可以说明，参照重型卡车发动机28.5V的输出电压，将单只蓄电池按“在25℃，恒压14.25V限流60A充电8h，以30A放电0.5h，再以16A放电5.5h。”的循环模式进行试验，蓄电池完成充放电循环19次后就出现了亏电现象。然而，将充电电压提高至15.50V，充电时间降至4h后，蓄电池完成180次循环后，状态依然正常。这说明，用蓄电池带动驻车空调的工作模式下，发动机输出电压28.5V不能满足蓄电池的充电要求，充电车载充电电压应达到31.0V。

为防止蓄电池的过充电引起失水，造成循环耐久能力降低，可通过充电过程中的电流对充电时间进行控制。当蓄电池充满电后即可切换至浮充状态。在25℃时，对于额定容量为220A的蓄电池，当充电电流下降至10A，再继续充电2h，然后切换至浮充状态，即采用三段式充电模式[3]。参照不间断电源系统的12V蓄电池的浮充电压值13.5V[4]，确定重型卡车的浮充电压为27.0V。

为防止温度对充电过程有影响，可根据蓄电池温度对充电电压进行校正，确定温度校正系数为-40mV/℃。

2 结论

通过对蓄电池的充电电压和循环耐久能力进行试验，确定了具有220V逆变输出功能的重型卡车对增强富液式蓄电池的充电方法为：在25℃时，最大充电电压为31.0V，最大充电电流为70A；当充电过程的电流值下降至蓄电池额定容量的1/22时，用31.0V电压继续充电2h；之后切换至浮充充电，浮充电压为27.0V。可根据蓄电池的工作环境温度，采用-40mV/℃的温度校正系数校正充电电压。