电动自行车交流充电规律初探

王泰智

摘 要：电动自行车因不规范充电引起的火灾事故频发。通过对电动自行车交流充电规律的研究，提出了电动自行车智能充电控制设施应具备的监测与控制功能，希望为广大智能充电控制装置设计人员提供参考和借鉴。

关键词：电动自行车;交流充电;充电规律;充电控制

现如今，电动自行车已经发展成为了主要的交通工具，然而，因电动自行车“不规范充电引起火灾”的负面新闻屡见报端。消防部门对电动自行车火灾调查数据显示：90%以上的火灾由电气故障引发，80%以上是充电时发生，充电时间过长导致电池过充或充电器内部短路是引发火灾的主要原因。[1]央视2017年6月报道，福建省质检院监测数据显示，电动自行车充电器总不符合率为90%。国家有关部门要求住宅小区安装具备定时充电、自动断电、故障报警等功能的智能充电控制设施，并针对电动自行车的停放与充电加以规范，尽可能的减少火灾事故的发生。[2]

鉴于此，本文主要从理论出发，并结合蓄电池充放电原理及直流充电规律，进一步提出了有关电动自行车充电机控制设施的功能以及参数、策略，控制策略及设计参考数据，以提高电动自行车无人值守充电系统的安全性。

1 蓄电池充放电原理

1.1 放电中的化学变化

从基本原理角度分析，如果将铅酸蓄电池的阳极与阴极同时当道电解液之中，那么则会产生电力，另外在实验中得知，将蓄电池与外部电路相互连接，尤其在处于放电阶段，电解液往往会形成硫酸铅，产生化学反应，在与氧化铅的对比中，硫酸铅自身的摩尔体积要打，且在电解液中释放过程中，如果放电时间越长，那么硫酸则会产生稀释，甚至还会结晶为大颗粒。

1.2 充电中的化学变化

在充电过程中易产生化学变化，主要是因为放电中所形成的硫酸铅往往会在充电的过程中逐渐分解成硫酸或者过氧化铅，并且到电解液自身的浓度不断增多的时候，能够回复到放电之前的浓度，在实验中这种变化主要体现成活性物质有所还原，或者活性物质处于再度供电的模式。尤其在还原为活性物质的时候，阴极板与阳极板往往会产生氢与氧，特别是处于最后阶段，电解液会呈现出减少的趋势。

2 蓄电池直流充电规律

2.1 充电模式

铅酸蓄电池一般采用三段式充电模式：

①当蓄电池处于恒流限压阶段的时候，其电流呈现出恒定状态，充入电量有所增加，电池的电压不断上升;

②当蓄电池处于恒压限流阶段的时候，电压处于恒定状态，增加充电量会导致电流有所下降;

③在充满之后电流会发生下降，并比浮充转换电流要低，电压也比浮充电压低。

④在保养充电的时候，电压需要保持，并在保养充电2H后自动断电。

2.2 直流充电曲线

充电器按照三段式充电模式将交流电转换成直流电，且还需要对电压以及电流加以控制。一般而言，在充电的时候首先是恒流充电，这样可以在短时间内充满电量，其中等到电池电压上升到一定数值之后会处于恒压充电的状态，在该阶段中电池的电压仍旧上升，具有持续性，电流则有所下降，当电流下降到所设定的电流值之后，充电指示灯会发生变化，起到保养电池的作用。如图1。

3 充电器交流充电规律

3.1 数据采集系统

采用工业级智能电表和嵌入式一体化触摸屏，每秒钟采集1组充电器的交流充电数据：电压、电流、有功功率、功率因数、电量。触摸屏自动采集、保存数据。充电结束后，使用U盘导出数据，使用Excel软件进行数据分析。如图2。

3.2 充电数据

3.3 交流充电曲线

通过试验数据对比发现，三段式充电模式具有如下特点：① 充电器输入有功功率随输出功率（即充电功率）同步变化;② 恒流充电阶段充电效率最高，恒压充电阶段充电效率较低，涓流浮充阶段充电效率非常低;③ 恒压充电转为涓流充电的降压充电转换瞬间，充电器输入有功功率均有不同幅度的跌落，跌落后迅速爬升，但充电功率的恢复时间和功率值各有不同;④ 降压充电转换瞬间，充电器的功率因数在充电输入有功功率跌落的同时发生同向跃变;⑤ 不同品牌规格充电器的三段式充电控制转换电压和电流不同，充电功率曲线各有不同。

4 结论

蓄电池有其自身的充放电规律。蓄电池的充电全程由充电器的电脑芯片控制。充电器的额定输出电压和电流与蓄电池所能承受的电压、电流应严格匹配。充电器的充电模式、控制参数、保护设计及其本身的质量，以及充电器与电池的匹配度，对电池使用寿命及充电安全具有至关重要的影响。

通過规范电动自行车集中停放，安装具有定时充电、自动断电、故障报警等功能的智能充电控制设施，是有效解决当前电动自行车因充电引发火灾的一个重要措施。电动自行车智能充电控制装置应具备如下功能：① 提示用户使用标配的充电器充电，选择充电器参数要与蓄电池良好匹配。② 充电过程中发现过热时应停止充电，提示用户对充电器和蓄电池进行检查。③ 自动检测恒压充电阶段的充电时长和输入有功功率，防止因电池老化、充电器故障或错用等因素导致蓄电池充满之后不能及时转入涓流充电模式而引发的安全隐患。④ 自动检测识别充电器降压浮充（指示灯由红变绿）时刻，控制电池涓流浮充时长，充满自停，防止过充。⑤ 蓄电池最长连续充电时间不超过8小时，环境温度偏高时应缩短充电时间。

参考文献：

[1]王娜.电动自行车火灾预防对策探讨.武警学院学报，2014，30（4）：75-77.

[2]国务院安委会办公室.关于开展电动自行车消防安全综合治理工作的通知（安委办﹝2018﹞13号）20180515.

指导老师：王元新，山东省莱芜市第一中学。