【摘 要】 电动自行车、电动汽车都以可反复多次充电使用的蓄电池作为能源，如果充电不当，轻则导致能源浪费、缩短电池寿命，重则引发自燃、爆炸等灾难性后果。对目前的充电器进行适当的技术改造，运用延时继电器可以根据设定的时间或特定信号触发后一定时段后自动断开电路的特性，实现定时/延时充电，从而达到节约能源、延长电池使用寿命、减少环境污染、最大限度地避免灾害事件发生等效果。
【关键词】 电动车 定时充电 延时充电 节能 减灾
1 技术背景
中国曾经是自行车大国，那个年代，中国人把自行车作为交通工具而不是运动器材。人的天性是追求方便与舒适的，有了摩托车、电动车，耗费体力的自行车正在淡出交通工具行列。随着电动自行车技术的不断发展，电动自行车仿佛一夜之间遍布了全国各地的大街小巷。中国也从自行车大国变成了电动自行车大国。
电动车电池是电动车的能量来源，离不开经常充电。不同品牌的电动车充电器电路会有所不同，但其基本原理都一样，由交流输入变压、整流、稳压、充电电流检测与显示、直流输出等功能模块组成。
现有充电器工作过程一般为：电池欠饱和（不一定欠压）后，连接交流电与电池，充电器进入正常工作——充电状态，此时充电器上的“红灯”亮起，经过一段时间后，充电器上的“绿灯”亮起（即人们常说的“变灯”），表示充电已经完成，可以断开交流电及与电池的连接，结束充电。
实际的充电过程要比上面看到的稍稍复杂一些，通过实测得到的充电电流与时间的关系数据见表1，其中36V旧电池并未完全放电，而48V新电池是在完全放电的情况下进行实测的。观其对应的充电电流-时间曲线（如图1所示）更容易看出不同充电阶段电流变化规律，无论是图1（a）还是图1（b）均可以得出充电过程大致分为3个阶段：①AB段，为快充阶段，此阶段充电电流在1600mA以上，时间长短与充电开始时电池放电情况相关，放电越彻底，此阶段时间越长；②BC段，为即将充满阶段，此阶段充电电流激剧下降，从1500mA下降到120mA左右，此阶段大约持续2个小时，通常据说的“变灯”即在这个阶段的结束处C点附
近，实际上，这时电池已基本充满；③CD段，为浮充阶段，一般说来，电池充满后再浮充1个小时左右对电池还是比较有益的，如果时间再长，则属于过度充电（简称“过充”）了。这一阶段充电电流维持在100mA上下，直到人为断开充电器为止。如果因使用者忘记或其他原因长时间未能断开，即会出现过充现象。
为防止电动车电池过充，可购买有定时供/断电功能的插座，接在充电器交流输入端，根据蓄电池的剩余电量事先设定好充电所需的时间，时间一到即自动切断交流供电，结束充电，从而避免电池过充。
2 现有技术的缺点
虽然电动车自带的充电器一般都有所谓的“变灯”功能，提示充电基本完成，但由于使用者不可能每次都能及时断开充电器，有时甚至因为种种原因长时间忘记拔掉充电器，而前述充电过程的CD段浮充不会自行终止，由此导致能源浪费、缩短电池寿命甚至引发自燃、爆炸等严重后果。总的说来，现有的电动车充电器有缺点有：
（1）不利于节能减排。在全社会都在努力追求低碳生活氛围下，电动车过度充电所造
成的电能浪费是非常惊人的：以一个中等规模城市为例，假设有200万辆电动车（这仅仅是郑州市2012年底估计量），每天有10%的（即20万辆）电动车多充电1个小时（48V，100mA浮充），全年所消耗的电能竟然可以达到30多万度！而这些估计的数字还有可能过于保守。
（2）过度充电引发电动车自燃、电池爆炸诱发火灾等事故频发。百度“电动车充电爆炸”结果有1600多万条，基本上天天都有发生；百度“电动车自燃”的结果也有200多万条。2013年11月4日中央电视台的《焦点访谈》专门播出一期名为《电动车的自燃之谜》的节目。电池爆炸多由过度充电直接导致，部分电动车自燃的原因也是过度充电。而充电引起爆炸或起火往往在夜间居多，又会因为不能被及时发现而导致的更大灾难时常见诸各种媒体。
（3）严重影响电池寿命，加重环境污染。如果蓄电池充满以后（变绿灯）长时间不能断电，就会出现“过充”：进入电池发热—加速水份流失—发热加剧的恶性循环，最终导致电池鼓包，本来可以用2-3年的电池往往不到1年就不得不更换了。在废旧电池回收处理机制尚很不完善的当下，弃用的蓄电池多数被粗放处理，其中的电解液及重金属对环境污染危害极大。
（4）电动车充电增大现代人的生活压力。虽然电动车给精通的工薪阶层出行带来了不少方便快捷，但需时时注意给其正常充电却是一件比较麻烦的事，无形中给本已紧张的现代生活节奏徒增许多麻烦。
（5）使用定时供/断电的插座虽然可以解决上述的问题，但问题是目前使用者并不多，除了相当一部分人对于“过充”认识不足、不以为意外，有的担心自己购买的插座被人偷走，有的嫌其设置时间的方法比较麻繁等。
3 技改方案研究
运用延时继电器控制充电的技术方案主要是在原电动车充电器的基础上进行改进，使其实现定时充电——到时即停，延时充电——电池充满后适当延时浮充再自动停止充电，定时/延时充电——定时与延时先到先停。
为表述方便，这里将电动车充电器简化如图2所示框图。
3.1 定时充电
定时充电示意图如图3所示，在原充电器交流输入端接入一个可以设置时间的延时继电器KT1，延时时间设置2到郑州电动汽车10个小时。充电时只需连接交流电与蓄电池后根据电池剩余电量设置相应充电时间即可开始充电，时间一到则自动断电，避免过充。基本相当于将定时器功能模块移入充电器内部，但较之于使用定时器+充电器的方式来说，其最大的优点是此处的延时继电器KT1可直接断开后面所有电路的供电，直到拔下前面插头断电后再次插入通电才可重新设置充电时间；另外，因为延时继电器KT1集成于充电器内部，除了携带、使用方便外，更因其不易引起别人的注意而可避免被人偷走，如果能对充电器进行简单保护（比如锁在车框内或车座下）则更为稳妥。
3.2 延时充电
定时充电方案具有容易实现、造价低廉等优点，可其缺点是需要对电池的使用情况非常了解并且能够根据电池剩余电量设置合适的充电时间，如果设置的时间长短不合适就可能引起过充或欠充，由此提出了延时充电方案。
延时充电示意图如图4所示，在原充电器交流输入端设计接入一个延时继电器KT2，延时时间固定为1个小时左右。与延时充电方案不同的是，KT2由原充电器的绿指示灯提供一
个触发信号，当充电过程到达图1中C点附近（即所谓的“变灯”）时才触发其进入正式延时工作状态，在此期间对蓄电池进行浮充，延时1小时左右即自动断电，从而实现智能化避免电池过充。
3.3 定时/延时充电
延时充电方案具有使用方便、智能化等优点，但其也有缺点，那就是如果电池由于性能下降或老化导致充电器长时间不“变灯”，即无法触发KT2进入延时工作状态继而到时自动断电，仍然很有可能引起电池过充、发热、鼓包甚至爆炸起火，由此提出了定时/延时充电方案。
定时/延时充电示意图如图5所示，基本上是综合了前两个方案，延时继电器KT1、KT2串联接在原充电器交流输入端，KT1的延时时间可人工设置2到10个小时，KT2延时时间固定为1个小时左右，并由原充电器的绿指示灯提供一个触发信号。充电时，连接交流电与蓄电池后根据电池剩余电量设置相应充电时间（这里时间可适当设置长一些）即开始充电，充电过程中，“变灯”触发KT2后，延时浮充1个小时左右即自动断电，如果由于各种原因未能“变灯”，到达KT1所设时间也会强行断电，从而实现定时—延时自动断电双保险，最大程度地避
免电池过充而带来的能源浪费甚至灾难性后果。
4 结语
使用基于延时继电器的充电器，从经济效益方面来看，其优点主要有节能减排、环保与减少灾害性事件发生；从社会效益方面考虑，可以使充电过程更加人性化，减轻现代生活压力。如果能够得到相关部门的支持与推广，对已有的充电器进行升级改造，同时要求充电器生产厂家增加相应功能，于国于民，功在当代，利在千秋。
参考文献：
[1]吕源.电动车使用保养小常识之电池充电器.电动自行车[J].2011.06：53-54.
[2]hailiu3395.电动车充电器电路图全集.百度文库[EB/OL].http：//wenku.baidu/view/1f1b7b250722192e4536f60a.html，2014.8.18.
[3]singko.电动车充电器维修原理.百度文库[EB/OL]. http：//wenku.baidu/view/9f5ce909763231126edb1191.html，2014.8.18.
[4]华大龙，杨国柱.一种电动自行车充电器的设计.科技信息[J].2009.27：472-473.
[5]罗正海.谈谈电动车充电器的四步维修法.电子技术与软件工程[J]，2014.04：166.
发布评论