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[电路] 一文说清普通电瓶、EFB电瓶、AGM电瓶

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发表于 2024-3-11 18:20:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

爱科技、爱创意、爱折腾、爱极致,我们都是技术控

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序言

    电瓶可以算是汽车上最容易被坑的损耗件了,因为它通过外观判断,坏的时候又毫无征兆,一不小心就撂在路上。通常免费搭电的小伙,小仪表一掐,大几百的元子就得花出去了,最后还不知道是真坏还是假坏。秉着合理抠门的心态,我通过翻查知网、百科、民间大神的研究贴,又购置了些简单的仪器对自己的汽车进行“友好实践”,得出此文,可能有错误遗漏,仅作抛砖引玉之用,望大家有所收获。


电瓶的基本要求
    在汽车上电瓶的作用主要是大电流启动汽车、为汽车待机时提供电量、为汽车稳定电压、快速充电(汽车行进过程就要充好),这里仔细讲讲电瓶的最低性能要求。
1、启动汽车需要多大的电流、内阻:经TB搜索,可以找到启动机的铭牌,基本在1.2KW左右,持续工作电流计算可得,大约是100A;由因电机是感性负载,启动电流会大于持续电流,我对1.5T、2.0T的汽车进行的测量(南方,室外温度约26度),分别得出的峰值电流是210A和280A。若采用300A计算,那么电瓶的内阻在40豪欧以下是可以正常使用的(不同排量、地区可能有所不同,具体实测)。
2、汽车待机需要多大的容量:此项不关于车辆价格配置,我查询了很多汽车的维修手册,待机电流(用于汽车防盗系统)都在70毫安下(测量注意:需要熄火锁车静置30分钟后测量),我实测待机电流是50毫安。通过计算:每天消耗电流1.2AH,每月消耗36AH。这项数据多少合格需要考虑车主的用车频率,这里我就不做计算了,自行计算即可。(注意计算时要考虑铅酸电池每月30%的自放电率)
3、快速充电能力,这里要解释一个概念,铅酸电池大电流充电的时候不是充不进,而是充电时会有析气现象,而且呈指数递增,普遍研究认为,铅酸电池最佳的充电电流是0.15C(C指的是电池的容量,即100AH电池,最佳充电电流是15A),这个电流是速度与寿命的最合适点。而我实测的启停汽车最大充电电流是40A(使用法拉电容以最大受电电流测得),因此汽车启动电池必须对此进行加强。(非启停车辆我没有,所以没有数据)


启动电瓶的设计
    铅酸电池的原理就是一块正极+一块负极泡在电解液里面,充放电的时候极板上的活性物质就会发生化学变化,通过电解液跑到对面的极板。(详细原理和本文关联不大,就不赘述了)。只需要增加极板和活性物质,电池的内阻就可以减少,容量也增加。
    在没有逆天启停科技的时候,是没有充电压力的,以1.2KW的启动机工作3秒打火计算,共消耗300A电流,即便是45AH的电池以0.15C的最佳电流充电,只需要45秒就可以把消耗的电补回来。所以非启停车辆只需要考虑待机电流和启动电流即可。
    然而,那个破启停技术来了,到底能省多少油还未可知,但是能搞坏几块电池还是有目共睹的。300A的电量,以70AH电池的最佳充电电流计算,需要28.5秒才能补能结束,这样的补能速度是不能满足城市的拥堵路况。我实测补能电流是40A,已经按70AH的电瓶算,已经是0.57C的电流了,且反复的启停,电池的充放压力也非常大,所以必须加强电瓶的快速充电能力,减少析气现象。


启停电瓶之EFB与AGM
    上文说到,铅酸电池的原理就是一块正极+一块负极泡在电解液里面,现在因为需要反复大电流充电,电解液析气现象很严重。电解液减少,泡在电解液里面的正负极就无法通电了,容量会就减少了,内阻也会增大了,也就是寿命用完了,所以要抑制它。
    1、迷宫式顶盖,顾名思义,就是把通气道做得又长又细,析出的水汽重新冷却又流回来,借此减缓电解液消耗。此设计从免维护电瓶开始就出现了,能有效减轻,但效果还是不足以应对启停压力。
    2、EFB增强型富液电瓶,富液就是很多液体,在电瓶里多加电解液,应对析气现象。因为电瓶除了析气,还有硫化,活性物质脱离等等原因会造成寿命减少,只有在合理寿命内液体没有干涸就好了,反正稀硫酸又不值钱。
     3、AGM贫液型吸附式玻璃纤维隔板电池,用玻璃纤维把电解液做出半固态状,留下一定电子的通道,可以有效减少析气现象。但因为是半液态,电解液和极板需要压力才能紧密接触,又因含液少,高温可能造成液体快速挥发,造成失效,所以AGM电瓶既害怕震动,也害怕高温。(真是又贵又娇气


总结
    基于能省则省的心态,我给出自己的建议,电瓶的冷启动电流基本取决于电池的容量,差异很小,可以忽略不计,所以不必考虑这个参数。而普通电瓶和EFB电瓶价格已经相差不多,原车带启停的,建议还是选购EFB电瓶,因为启停车辆的充电设计是大电流设计,亏电情况下普通电池被猛充,还是容易失液减少寿命,得不偿失。
    而原车带启停又标配AGM电瓶,如果电瓶设计在发动机舱的,因为高温和震动,AGM电瓶寿命不一定比得上EFB电瓶耐用,建议向下选购同型号EFB电瓶替换即可;如果AGM电瓶设计在后备箱,EFB电瓶和AGM电瓶都可以选用,看自己经济接受程度即可。


关于法拉电容的问题
问:法拉电容并联电池方案是否可行?
答:可行,6串麦斯威尔16V500F电容实测内阻6豪欧左右,与全新75AH电瓶差不多,5V的压降空间(冷启动电流标准,30秒,5V的压降持续输出)总共能输出2500A的电流,足够启动机运行25秒,带平衡板版本静置1周,电压没有明显下降,漏电情况也符合要求。


问:法拉电容能否提高电瓶寿命?
答:可以,并联法拉电容可以提高电池的放电电流(1/总内阻R=1/电池内阻R1+1/电容内阻R2),减轻电池的放电压力,并联电路中总电流等与分电流之和,即便是并联在全新的电瓶上,也能减少电瓶一半的压力(即少用),减少充电次数(少用即少充)。


问:如何选购法拉电容?
答:首先是漏电率,要选购基本没有漏电现象的电容,否则待机电流会拖垮电瓶;其次选容量,16V500F电容跟个巨无霸似的,紧凑的发动机舱有可能放不下,容量能满足启动机运行3秒就能取得非常不错的效果;内阻尽可能低,越低保护的效果越强。其次就是连接线,实测16平30CM的铜线内阻有1豪欧(启动的瞬间有微微发热),线不能比这个再低了。


其余未尽的问题可以留言,我会尽量回答。

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 楼主| 发表于 2024-3-15 18:37:56 | 显示全部楼层
piaoxue20000 发表于 2024-3-15 07:57
另外请教一下楼主,汽车启动电瓶除了AH、V之外还有一个参数,好像是CC,不懂这个参数表示什么 ...

是CCA冷启动电流,定义就是在气温0度的时候,电瓶电压降至7.2V前,可连续30秒提供600A的电流量。
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 楼主| 发表于 2024-3-15 18:42:20 | 显示全部楼层
ding35 发表于 2024-3-12 20:10
好像AGM电瓶充电电路与共它电瓶的充电要求不一样?

充电电压是一样的,他们都是铅酸电池,单格铅酸电池的标称电压是2.0V,放电截止电压到1.5V,充电截止电压2.4V,只是电流、析气曲线图不同,简单的来说,就是AGM电瓶不容易析气,可以承受更大电流的充电。
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 楼主| 发表于 2024-3-15 18:45:32 | 显示全部楼层
sdaviy 发表于 2024-3-12 16:49
怎么我感觉水电瓶会好用呢,大货车都是用水电瓶

免维护电瓶就是个加了个盖子的水电瓶。自己会维护的话,水电瓶更结实耐用,但是半年一折腾的水电瓶不太适合轿车用,毕竟现在她们C1都考不过了。
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 楼主| 发表于 2024-3-15 19:07:23 | 显示全部楼层
tomskyno1 发表于 2024-3-12 20:36
不认同,我认为同容量下还是选起动电流大的电池更耐用。我一个车用的是80AH的电池,饿死了,更换时图便宜, ...

你可能买到了修复电瓶,这种电瓶内阻性能已经很差,然后通过脉冲和小电流把电充满的,装上车后,因为内阻高,充电速度慢,电量入不敷出,慢慢的就把电耗光了。


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 楼主| 发表于 2024-3-17 00:05:29 | 显示全部楼层
海胆 发表于 2024-3-16 10:20
现在开始有铁锂电池,有使用的吗?

发动机舱的温度太高了,即便是铁锂电池也不一定顶得住,增加火灾风险,自燃的话保险很可能不赔,不划算,铅酸是正解。
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 楼主| 发表于 2024-3-17 00:07:18 | 显示全部楼层
aacyxjz 发表于 2024-3-16 19:31
加个太阳能板晒一晒不是挺好的吗

现在的车辆都会贴膜,太阳能板在车内几乎没有效果,放在车顶行李架上面开高速容易被吹飞,不是主流好办法。
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 楼主| 发表于 2024-3-19 18:00:20 | 显示全部楼层
digital001 发表于 2024-3-18 23:28
理论计算有错误,原话 ”启动机基本在1.2KW左右,持续工作电流计算可得,大约是100A;“,因有电瓶内阻、线 ...

1、我实测26豪欧的电瓶能非常流畅的启动2.0T的汽车,启动峰值电流是280A。

铅酸电池的电压和电量不是线性关系,一个满电电池和亏电电池,静态电压相差不到1V,但是一旦放电,满电电压能维持高电压放电,亏电电池会迅速掉电压,无法放电。这是化学电池的特性,铅酸反应的电压就是2V左右,只要有铅酸物质,就能有2V电压,而可反应的铅酸物质数量多少,才是决定电量的关键,数量不够,反应效果差,电压直接压到0了。(想一想电瓶车的电量显示器,它是通过电压反映的,亏电时,不开就是满电,一拧油门电量直接掉0)

所以呢,正常电量的电池短接放电,是不会压降的,亏电电池的电压才会迅速下降。PS:100A*30S=0.8AH,远低于电池70AH的容量。

2、启动机的功率是1200W,电压12V,电流100A,可以计算得出理论电阻是120豪欧;实际测电压12V,峰值电流280A,计算得出实际回路电阻42豪欧,减去电池内阻26豪欧得出不含电池的回路电阻是16豪欧。用理论电阻减去实际回路电阻,120-16=104豪欧,也就是说,一个电量理想,内阻小于104豪欧的电池,不考虑启动,是可以让1200W的电机持续工作的。

实践上应该用一个大的可调电源,反复测试找出能启动车辆的最小电流,但我不具备这个实验条件,如果按照1200W持续工作的电流要求,又欠缺考虑了电动机感性电流问题,就只好估算了。估算的也比较拙劣,没有分开计算回路电阻和电池内阻,但是要分开计算的话,就得测最低启动电流,没办法,只能瞎JB乱减了。

题外话,真的不用太在意内阻,大多数报废电池拿回去细细的充满电,放在车上又是正常启动的,只不过最后又坏于电流不足而已。只不过是内阻往往又和容量深度绑定,造就了内阻判断电池寿命的习惯。
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 楼主| 发表于 2024-3-27 04:35:01 | 显示全部楼层
三杯五粮液 发表于 2024-3-26 22:07
你这段文字真的拉低了层次哥们,我玩铁锂铅酸也算玩得很多了,基本上,用内阻表测试出超过10毫欧的内阻, ...

我没有必要造谣,实验是可以复现的,汽车是领克01,电瓶是驾驰 AGM启停蓄电池70AH,测量设备是TS457。过程是汽车电瓶冬天逐渐亏电,打火有点迟疑,并上超级电容使用。后用可调电源调14.4V恒压恒流充电,起始电流较小,约2A,十多分钟后电流只上8A,持续充了8小时左右,最后涓流停机。车辆静置并通勤了一周左右,TS457测试内阻,约26豪欧。单独启动测试,与16V500F超级电容并联启动效果一致。

另外我翻了你的帖子,不知道你用的磷酸铁锂是不是6AH的软包,如果是这款,磷酸铁锂的放电倍率5C算的话只有30A,这个电池的容量容量不够,会压降的非常厉害。你可以这样实验,至少把软包做成5并4串(30AH,10C倍率),然后添加线阻,让整体的阻值达到10豪欧,然后重新测试启动效果。
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 楼主| 发表于 2025-5-23 12:20:05 | 显示全部楼层
simon7722 发表于 2025-5-22 07:34
我有2个疑问:带启停功能的启动机是否有特殊设计,发动机频繁启动是否有影响。
另一个就是我亲测,等红绿灯 ...

设计寿命不一样,普通启动机设计寿命达到1万次就够了,启停的启动机可能要做到10万次,用得太狠怕碳刷和轴承出问题。

汽车的发电机的功率和充电策略也不一样,红灯很久的话省省油也可以,很短的红灯我觉得就没必要了
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