電動汽車用鉛酸蓄電池組的智能充電

1、磁收稿日期：基金項目：重慶自然科學基金資助項目（，）作者簡介：蘇玉剛（），男，遼寧大連人，博士，副教授，主要從事電子技術及應用研究電動汽車用鉛酸蓄電池組的智能充電磁蘇玉剛，夏永峰，陳強，杜偉炯（重慶大學自動化學院，重慶；重慶市住房公積金管理中心，重慶）摘要：針對電動汽車用鉛酸蓄電池的電壓、內阻、容量的不一致性導致了使用過程中其性能參數(shù)差異變大，鉛酸蓄電池壽命縮短、大量析氣，并造成電動汽車性能下降的問題，通過研究充電技術的難點，分析國內外現(xiàn)有的智能充電方法，并進行了一些改進，提出了更為完善的智能充電方法給出了該方法的設計思路、設計框圖、硬件電路，進行了仿真，結果表明，采用該方法較好地解決了充電過

2、程中的均衡性和快速性問題關鍵詞：電動汽車；鉛酸蓄電池組；智能充電中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（），（，；，）：，、，：；由于電動汽車通常需要數(shù)十節(jié)蓄電池進行串聯(lián)供電（如美國通用電動汽車，配鉛酸蓄電池（塊）塊；廣東云山汽車廠改裝的電動中巴，配國產(chǎn)鉛酸蓄電池（塊）塊），因此必須考慮電池充電的均衡性和快速性問題而目前市面上的充電裝置要么針對單節(jié)電池充電，沒有考慮均衡性，要么只對小容量電池充電，沒有考慮快速性本研究第卷第期重慶工學院學報（自然科學）（）年月通過分析充電技術的難點和國內外現(xiàn)有的智能充電方法，提出了更為完善的智能充電方法仿真實驗表明，該充電方法可更好地實現(xiàn)快速充電，同時均衡性好，蓄電

3、池的使用壽命延長鉛蓄電池的充電特性鉛酸蓄電池的充電接受能力是指其電解液在只產(chǎn)生微量析氣的前提下所能接受的最大充電電流年，美國的馬斯（）經(jīng)過大量的試驗提出了蓄電池充電的可接受定律（）其中：為當時的最大起始電流；為任意時刻可接受的充電電流；為衰減率常數(shù)，即充電接受比鉛酸蓄電池可接受充電曲線如圖 所示圖鉛酸蓄電池可接受充電曲線從鉛酸蓄電池的可接受充電曲線可以看出，鉛酸蓄電池對充電電流的要求比較苛刻，超過這一接受曲線的任何充電電流，不僅不能提高充電效率，而且會增加析氣小于這一接受特性曲線的充電電流，便是蓄電池具有的儲存充電電流，該電流稱為蓄電池的充電接受電流但充電電流最好能擬合這條曲線，否則充電時間會

4、過長而如果充電過程中始終保持可接受的充電電流，則電池尚需充電容量可以由式（）求出（）由式（）得（）由式（）可知，一節(jié)蓄電池只要開始充電，那么它的就確定了，隨著充電的進行，尚需充電容量會越來越小，會越來越大，從式（）可以看到，是和的函數(shù)，由于個變量決定一個未知數(shù)，所以無法時刻追蹤的值，因此在實際充電過程中要擬合這條曲線幾乎不可能為了既保證充電的快速性又不讓蓄電池產(chǎn)生大量氣體而縮短使用壽命，只有打破這條曲線，在充電過程中適時地進行去極化鉛酸蓄電池組充電中需要解決的關鍵技術鉛酸蓄電池組在快速充電過程中面臨著個關鍵技術：怎樣解決充電快速性和充電均衡性快速充電指的是用（指的是待充蓄電池的額定容量）以上的

5、電流對蓄電池進行充電，并在充電過程中保證不產(chǎn)生大量氣體，溫升不過高如果在快速充電過程中不限制氣體的過量析出和溫度的上升，將對蓄電池造成無法補救的損害，直接影響鉛酸蓄電池的使用壽命在枟電動汽車用密封鉛酸蓄電池技術要求和檢驗方法枠中，對蓄電池的均衡性作了如下要求：由若干單體電池組成的蓄電池組，在充電過程中各單體電池的端電壓最高與最低差值不大于如果不對其采用均衡充電，那么在多次充放后將造成蓄電池的充電不均，最終縮短使用壽命改進的智能充電方法為了解決快速性與均衡性個技術難點，可以從蓄電池的內部化學特性入手電池的極化由部分構成：歐姆極化；電化學極化；濃差極化前面種極化只需電池的電流下降到足夠小或停止即可

6、在毫秒或微秒內減小或消除而濃差極化的消除，不能單從短時間內（毫秒級或微秒級）降低電流或反向脈沖放電去極化，唯一切實可行的辦法就是在一定長的時間內（秒級以上）維持一定電場，在小電流作用下，靠離子非線性濃差擴散達到穩(wěn)態(tài)消除極化為此，可以編寫充電的控制程序，使其在充電過程中，維持一定電場，適時地改變充電電流，在一定時刻以一個小電流給蓄電池充電，消除濃差極化，同時給予毫秒級的充電蘇玉剛，等：電動汽車用鉛酸蓄電池組的智能充電間隙，消除歐姆極化與電化學極化（毫秒級的停充不會對整個充電過程的時間造成影響）在充電時，鉛酸蓄電池的端電壓為（）其中：為鉛酸蓄電池的端電壓；為鉛酸蓄電池的電動勢；為極化電壓降建立的鉛

7、酸蓄電池的等效網(wǎng)絡模型如圖所示，充電電流為（）其中：為鉛酸蓄電池的充電電流；為鉛酸蓄電池的實際充電電流； 為析氣電流圖鉛酸蓄電池等效模型在充電過程中適當?shù)丶尤胄‰娏?，充電電流減小，電解液溫度由于減小也會下降（滿足快速充電溫升不過高的要求），而蓄電池內阻（，），即是，的正相關函數(shù)，因此也會減小，而，當然會顯著減小，達到消除極化電壓降的效果；同時由于蓄電池的端電壓在維持一定電場的情況下增大，那么蓄電池電動勢將增大，等效電阻、等效電容是一些定值，那么實際充電電流將增大由式（）可以得出，用于析氣電流將減小，使得析氣反應變得很微弱，滿足快速充電過程中不大量析氣的要求在均衡問題的解決上，采用無損型電流分流

8、電路的電池均衡法無損型電流分流電路能將充電電流從已經(jīng)充滿的電池單元中分流至下一電池單元，即將充滿的電池單元從充電回路中分離出去，這樣就能使余下的電池繼續(xù)充電達到滿充，已經(jīng)滿充的電池不會發(fā)生過充設計框圖如圖所示本仿真研究以節(jié)蓄電池為例電池組接入充電系統(tǒng)后，首先對各個電池的端電壓進行監(jiān)測，當電池端電壓達到下限閥值時，進入快速充電階段，否則進行涓流充電在快速充電過程中，單片機發(fā)出指令，調節(jié)波的占空比，進而控制電路中開關管的關斷時間，使之實現(xiàn)大電流恒流充電、小電流恒流充電，以及間歇性停充，滿足快速充電的要求鉛酸電池組的智能充電具體均衡過程如圖 所示圖 智能充電設計圖無損型電流分流均衡電路當號電池的端電

9、壓大于號電池的端電壓時，被觸發(fā)當開通時，號電池的能量被儲存在內；當號電池的端電壓小于號電池的端電壓時，關斷，同時，構成回路，為了續(xù)流，將使能量轉移到上，其他電池同理這樣，表面上好像能量只在相鄰的電池之間進行傳遞，但實際上是通過相鄰的電池間接地使整個電池組達到能量均衡當有電池先達到下限閥值或者上限閥值時，單節(jié)電池并聯(lián)和串聯(lián)的繼電器用于控制快速充電、均衡充電、涓流充電過程的切換重慶工學院學報系統(tǒng)仿真與分析本研究用對上述均衡模塊進行仿真在圖中，由于中沒有電池模型，因此用電容串聯(lián)小電阻（約）來代替（理想電池內部可以用電容串聯(lián)小電阻來等效）在里對快速充電進行了仿真，蓄電池等效內阻設為，電動勢設為，等效電

10、容為，等效電阻為，用來代替實際的電池析氣部分用一電阻代替，采用小電流充電去極化，電流設為仿真波形如圖 所示圖快速充電仿真波形其中：為極化電壓降；為析氣電流；為蓄電池端電壓當采用小電流充電時，最終下降為零，也最終下降為零，而在的析氣階段上升，斜率趨緩由此可以證明維持一定電場的小電流充電能夠有效地消除極化，抑制大量析氣，有利于快速充電且能保證蓄電池的壽命個電容的初始電壓值分別設為，電感值設為，反激式變壓器的原、副邊匝數(shù)比為，功率管開關頻率設為，用，的觸發(fā)脈沖進行觸發(fā)個電池的端電壓分別為，仿真波形如圖 所示圖均衡充電仿真波形圖中采用的是比較單體電池的端電壓，再由單片機發(fā)出信號控制開關的通斷，節(jié)電池分別從，開始，在一定時間內趨于一致，由此可以得出此種方案的均衡性能滿足要求結束語通過分析蓄電池的充電特性，提出了一種較理想的充電方案，它能保證電池組在快速充電過程中電壓趨于一致，滿足蓄電池的充電特性并延長其使用壽命參考文獻：吳敬民電動汽車用蓄電池的充電方式對電池性能的影響蓄電池，（）：朱松