一、概述（一）控制器、充電器與車(chē)用電池控制器和充電器對車(chē)用電池的使用壽命是至關(guān)重要的?？刂破髟趶碾姵厝∮秒娔艿耐瑫r(shí)，要防止過(guò)放電；充電器在向電池充電的同時(shí)要防止過(guò)充電。否則，電池極板不是因為過(guò)充就是因為過(guò)放而受到損壞，電池壽命很快終結。因此，充電器和控制器就像電池的監護人一樣，在充電和放電的過(guò)程中對它加以保護，過(guò)放不行，過(guò)充不行。同樣，欠充仍然不行。欠充結果是活性物質(zhì)變得頑固而不再容易產(chǎn)生還原反應，出現鈍化現象，這部分極板則只占空間和重量，而不再貯存能量。這部分無(wú)效物質(zhì)越多、電池容量越低。過(guò)充、過(guò)放、欠放是危害電池壽命的三大因素。（二）脈沖充電脈沖充電是以不連續的、固定電壓的方波形向電池充電，充電電流較大。充電初期由于正負極板都處于硫酸鉛狀態(tài)，有較大的接受能力，又由于方波的不連續性，每個(gè)波形間又有停止間歇，給極板活性物質(zhì)以充分的反應、調整、內外物質(zhì)均衡的機會(huì )，所以初期充電較快。隨著(zhù)極板物質(zhì)不斷得到還原，電壓不斷升高，充電速度(Tempo)不斷減慢，活性物質(zhì)反應速度(Tempo)逐漸降低，極板周?chē)仓饾u積聚大量帶電離子，包圍住極板，使極板被隔離，阻止后續帶電離子到達活性物質(zhì)。當極板電位達到極限時(shí)（接近充電終止電壓），電化作用幾乎停止進(jìn)行。到極化點(diǎn)，轉而對極板周?chē)乃诌M(jìn)行分解，表現為大量冒泡和水分蒸發(fā)，正極表面吸附大量氧氣，負極表面吸附大量氫氣，這時(shí)的電壓稱(chēng)為“產(chǎn)氣點(diǎn)”。解決和消除這種妨礙充電的極化現象，方法是先短暫地停充，然后用較大的、反方向的、時(shí)間極短的電流——負脈沖，對正負極板施加反方向電壓，清除極板周?chē)奂拇罅空撾x子和氣體，掃清道路(Strada)。反脈沖實(shí)際就是一種放電措施。將正負極短暫短路的方法也能消除極化，或停頓一段時(shí)間極化現象也能自行消除，但負脈沖更有力、更快、更節省時(shí)間。（三）開(kāi)關(guān)電路充電器當前的車(chē)用充電器和過(guò)去傳統充電器完全不同，充電器都采用了開(kāi)關(guān)電路，并設置自動(dòng)調整、控制和保護功能，在充電期間，不需有人看守。開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)點(diǎn)是充電快、質(zhì)量好、效率高、不損及電池的壽命。開(kāi)關(guān)電路是當前常用的能夠穩壓穩流、自動(dòng)調節的裝置，并且采用脈沖裝置的電路。充電器電路和控制器電路與家用音響、彩電等同屬一個(gè)類(lèi)型。只要稍加改造、增加或減少一些元器件，幾乎可以代用。二、對充電器的要求這里所要講的充電器，以鉛酸電池為主，其他電池品種可以參考。充電器品質(zhì)的高低，對電動(dòng)自行車(chē)的續駛里程能否保持最佳狀態(tài)，是否會(huì )損壞電池和減少電池壽命，使用者能否得到經(jīng)濟和實(shí)惠，有著(zhù)極密切的關(guān)系。（一） 電動(dòng)車(chē)充電社會(huì )化保障是必然趨勢按照電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，未來(lái)(Futura)電池的充電，在路邊充電站進(jìn)行的次數會(huì )越來(lái)越多，充電站要同時(shí)對多種電池充電，而這些電池，品類(lèi)繁多、狀態(tài)各異，這使充電工作復雜化。為此，充電站必須對電池進(jìn)行系統管理，管理的關(guān)鍵在預測和充電，充電器性能必須完善。充電站接到放了電的電池，繼而定制快充、常規及涓流各階段充電方案。在進(jìn)行充電過(guò)程中應當具備各種顯示和指示，如電壓、電流、時(shí)間、已經(jīng)充入的電量、充電已經(jīng)進(jìn)行到什么階段等。 每個(gè)電池廠(chǎng)家都應當對自己生產(chǎn)的電池作充分的試驗，確定并掌握充電過(guò)程的特點(diǎn)。主要是各個(gè)轉折點(diǎn)：快充到什么時(shí)候最為適宜、什么時(shí)候開(kāi)始極化，發(fā)熱產(chǎn)生的時(shí)間、電流大小對極化和發(fā)熱的線(xiàn)性關(guān)系、單格電池的放電和充電終止電壓、脈沖的幅度和占空比、反脈沖的強度以及涓流時(shí)刻和延續時(shí)間、電池內溫的測定和傳送等。根據這些特點(diǎn)和數據，計算和設計充電電路，使電路最適合自己的產(chǎn)品，成為配套專(zhuān)用充電器。如若不是經(jīng)過(guò)測定和試驗確定的充電電路，而是從市場(chǎng)(Rialto)任意選購來(lái)的，不可能完全適合產(chǎn)品特性，多少存在一些不利因素，最好不這樣做。對電池來(lái)講，充電器就像一個(gè)負責的倉庫管理組合體，它可以將雜亂無(wú)章的貨物——電能，經(jīng)過(guò)精心的整理，存入倉庫——電池的各單元格內。搬運工們均勻一致地碼放貨物，每個(gè)格子不多不少，不偏不倚，機會(huì )相等，永遠保持均衡狀態(tài)，直到裝滿(mǎn)為止，不能將庫中的格子擠壞，也不能因碼放不整造成倒塌損壞庫房，還應當能夠充分利用庫容。（二）對未來(lái)(Futura)充電站的要求未來(lái)(Futura)充電站應當能夠根據電池特點(diǎn)，按照電池的要求，達到如下幾點(diǎn)：（1）對已經(jīng)完全放電的電池，充電初期應當以大電流充電，以達到快速的目的?？焖俪潆姷那?5min內，可充入總容量的50%～80%。（2）為達到快速和高效率，充電器應采用脈沖電路。（3）充電到一定程度，即電池充到某轉折點(diǎn)時(shí)，應當適時(shí)地減小電流。（4）為了在充電過(guò)程中防止極板發(fā)生極化和產(chǎn)氣，而降低充電效率、分解和濃化電解液、極板發(fā)熱和硫化，應適時(shí)地加入負脈沖消除極化。當去極化完成、經(jīng)測定產(chǎn)生預定效果，且電池的極板已經(jīng)恢復到原來(lái)良好的充電狀態(tài)時(shí)，應自動(dòng)停止放電并再次自動(dòng)轉入充電狀態(tài)。（5）負脈沖的產(chǎn)生不僅要及時(shí)，而且要強度適中，不過(guò)分、不過(guò)弱。為此，電路又應當有檢測功能。當去極化不徹底時(shí)，還應當補充放電，直至極化現象完全消除為止。（6）充電器電路應當具有自動(dòng)檢測和控制充電電壓的功能，其最終電壓不能超過(guò)電池規定的充電終止電壓。（7）恒流是相對的，恒壓是絕對的。這不僅描述充電過(guò)程，也是充電最后階段的絕對要求。電壓必須以電池的充放電終止電壓為準。充電的最后階段，由于充電器電壓和電池電壓之間差距越來(lái)越小，最后充電電流終止。所以，充電器的最高電壓限，應當十分準確，只有在最高限以下，才可以使電流逐漸降低。當充至該種類(lèi)電池的轉折點(diǎn)，電流必須立即調整。在最后的轉折點(diǎn)，充電器應能自動(dòng)轉入極小電流充電，也就是通常講的涓流方式。涓流仍然是脈寬調制，只是占空比小得多。鉛酸電池的涓流應在C/16以下。（8）充電達到規定的充終，并完成涓流細充之后，電池組中各電池極板完全還原，每個(gè)單擱互相間達到彼此均衡，充電器能自動(dòng)切斷電源停止充電。（9）在顯示方面：有電源、充電、各階段狀態(tài)顯示、充入電量顯示等。（10）有反接、短路保護。（11）溫度漂移小，器件的電壓溫度系數要低，電壓不因環(huán)境溫度變化而不穩，這是保證最終電壓準確的條件。（12）充電器電路雜波、諧波要符合要求，不允許雜、諧波回饋電網(wǎng)。三、充電器基本知識電池的充電并不是隨意接上電源就能充的，如：交流電不變成直流電不能充，電壓不對不能充，電流大小應當適時(shí)，充電時(shí)間長(cháng)短根據狀態(tài)而定等。有人說(shuō)現在充電要脈沖電流，我將交流電半波整流后也是脈沖電流，充電不是一樣嗎！道理對也能充，但效果不佳。交流電的頻率是50HZ，并且波形軟、間歇不能完全回零，而真正的脈沖需要20～50kHZ，頻率相差了一千倍，脈沖的方形間有間歇，從有到無(wú)都是突變的，所以性質(zhì)不同。（一）如何整流如圖4-36所示，圖中最左側是變壓器，只畫(huà)出鐵芯和次級線(xiàn)圈，沒(méi)有初級線(xiàn)圈，為了簡(jiǎn)化，以后在沒(méi)有必要時(shí)均不加初級線(xiàn)圈。電源經(jīng)變壓器將市電變壓至充電要求的電壓值，變壓后在電路上串接一個(gè)只允許電流單方向流動(dòng)的二極管。當交流電正方向流動(dòng)時(shí)，電流通過(guò)，電路有電流并對電池充電；當交流電反方向流動(dòng)時(shí)，二極管截止電流通過(guò)，電路沒(méi)有電流，等交流電再次變?yōu)檎较驎r(shí)，又有電流。它得出來(lái)的實(shí)際整流電路的波形如圖的右側，橫線(xiàn)上部的有效波是間隔的，并不連續，下側波被二極管截止不能流過(guò)，只有上半部波形是有效的，稱(chēng)之為“半波整流”。這種整流電路的充電效果不佳且效率很低，約為45%以下，是最簡(jiǎn)陋的充電器。（二）全波整流電路為了克服半波電路的缺點(diǎn)，采用全波整流。圖4-37是全波整流電路的典型畫(huà)法，還有其他畫(huà)法，作用和意義是相同的。本電路經(jīng)變壓后的電流，在正方向流動(dòng)時(shí)，竟二極管1進(jìn)入充電電路，給電池充電后，經(jīng)3點(diǎn)返回變壓器形成反方向的回路。這樣，不管電流是什么方向，充電電路都有電流通過(guò)。由于正反方向電流都被有效利用，它的波形變成本圖右側的形狀，波形是密集的，已經(jīng)不再是間隔的，全波整流效率接近90%，比半波整流效率提高了一倍。但這種電路仍有缺點(diǎn)，效率仍低。電壓波動(dòng)不能控制。（三）濾波半波、全波整流出來(lái)的波形波動(dòng)較大，而且還帶有一定比例的交流成分。這給充電造成一定麻煩，它的脈動(dòng)并不是脈沖，它的交流成分也不是反脈沖，影響充電效果，應當改進(jìn)。經(jīng)過(guò)計算，給電路加一個(gè)大容量的濾波電容和小阻值的電阻構成的阻容濾波器（圖4-38）。本圖已將全波整流簡(jiǎn)化，這個(gè)濾波器使經(jīng)過(guò)整流輸出的直流電更加平穩，其電壓波形如右邊圖中實(shí)線(xiàn)所示，波峰被削掉了、波谷被填平了。