電動(dòng)汽車電池組智能化快速充電和均衡充電方案

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1、中國(guó)鋰電行業(yè)門戶網(wǎng)站　電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。因此在向市場(chǎng)推廣的過(guò)程中電動(dòng)汽車用電池的快速充電是電動(dòng)汽車研究與開發(fā)過(guò)程中的重要課題。盡管許多實(shí)用化的充電設(shè)備或商用充電器具有快速充電及均衡充電的功能，但其通常是按事先設(shè)定的充電電流對(duì)電池進(jìn)行充電?！　∵@種方法不能根據(jù)電池充電過(guò)程中的具體情況對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)整，為了避免出現(xiàn)過(guò)充電，設(shè)定的充電電流通常偏小，因此充電時(shí)間仍然較長(zhǎng)，而且由于不具備自適應(yīng)能力，充電過(guò)程中

2、容易出現(xiàn)過(guò)充電現(xiàn)象，對(duì)蓄電池的壽命不利。為了在實(shí)現(xiàn)快速充電的同時(shí)又不影響電池壽命，關(guān)鍵是要使快速充電過(guò)程具有自適應(yīng)性，即根據(jù)電池的實(shí)際狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流的大小，使其始終保持在充電可接受電流的臨界值附近?！　?.電池快速充電的分段恒流控制　　1.1快速充電方法的選擇　　增大充電電流，電池極板上單位時(shí)間內(nèi)恢復(fù)的活性物質(zhì)增多，充電時(shí)間就可縮短,但過(guò)大的充電電流會(huì)損害電池。電池可接受的充電電流是有限的，且會(huì)隨充電時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降。在電池充電過(guò)程中，充電電流曲線在該指數(shù)函數(shù)曲線以上時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池電解液發(fā)生析氣反應(yīng)(過(guò)充電)，反之則不能有效縮短充電

3、時(shí)間。理想化的電池快速充電過(guò)程是充電電流始終保持在電池充電可接受電流的極限值，即充電電流曲線與該電池的充電可接受電流曲線相重合。本文選擇容易實(shí)現(xiàn)的分段恒流充電方法。其關(guān)鍵是要確定適當(dāng)?shù)姆侄魏懔鞒潆娊K止判斷標(biāo)準(zhǔn)、恒流充電分段數(shù)和各階段恒流充電電流值?！　?.2　分段恒流充電控制方案　　要實(shí)現(xiàn)分段恒流充電的自動(dòng)控制，階段恒流充電終止判斷參數(shù)可選擇充電時(shí)間、電池溫度和電池電壓等。大量的調(diào)查分析和電池充電試驗(yàn)結(jié)果表明，單參數(shù)控制方法難以實(shí)現(xiàn)理想的分段恒流充電控制?！　〕潆姇r(shí)間參數(shù)控制方法簡(jiǎn)單,但電池型號(hào)不同、充電起始狀態(tài)不同,所需的充電時(shí)間也不一

4、樣,如果單以充電時(shí)間來(lái)控制階段恒流充電的結(jié)束,容易導(dǎo)致電池過(guò)充電或延長(zhǎng)充電時(shí)間。溫度參數(shù)控制方法的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)電池溫度過(guò)高保護(hù),但是由于環(huán)境和傳感器響應(yīng)時(shí)間延遲的影響,如果僅以電池溫度參數(shù)作為階段恒流充電終止判斷標(biāo)準(zhǔn),也容易造成電池的過(guò)充電。電壓參數(shù)控制被認(rèn)為是較好的階段恒流充電終止控制方法,但其不足也是顯而易見的,比如:不能識(shí)別因電池極板硫化而產(chǎn)生的充電電壓異常升高以及電池充電過(guò)程中出現(xiàn)的異常溫升等,從而導(dǎo)致電池充電時(shí)間延長(zhǎng)或電池的損壞。　　為了保證在各種情況下均能檢測(cè)電池的實(shí)際充電狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)較為理想的階梯形充電電流曲線,本文綜合了充

5、電時(shí)間、電池溫度和終止電壓3個(gè)參數(shù)作為各階段恒流充電終止判斷依據(jù),其控制流程如圖1所示。中國(guó)鋰電行業(yè)門戶網(wǎng)站　T—電池溫度;T0—停充溫度;I0—最小恒流充電電流;t(n)—第n次恒流充電的設(shè)定充電時(shí)間;I(n)—第n次恒流充電的設(shè)定電流值;U(n)—第n次恒流充電的設(shè)定終止電壓分段恒流充電結(jié)束后再進(jìn)行一段時(shí)間的定壓充電,是為了確保電池能完全充足。3個(gè)控制參數(shù)的具體控制策略如下。　　時(shí)間參數(shù)控制:根據(jù)電池容量和充電電流,預(yù)先設(shè)定某段恒流充電的時(shí)間,當(dāng)充電時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí),通過(guò)定時(shí)器發(fā)出信號(hào),結(jié)束該階段的恒流充電并自動(dòng)將充電電流減小,進(jìn)入下

6、一段恒流充電。　　溫度參數(shù)控制:設(shè)定某段恒流充電至可接受電流極限時(shí)的電池溫度最高值,根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的電池溫度來(lái)控制充電裝置。當(dāng)外界環(huán)境溫度較低、設(shè)置的電池最高溫度較高時(shí),采取控制溫升法,當(dāng)電池的溫升達(dá)到設(shè)定值時(shí),溫控器使充電裝置停止充電,直到溫度下降至適當(dāng)值時(shí),自動(dòng)進(jìn)入下一階段恒流充電?！　‰妷簠?shù)控制:電池的絕對(duì)電壓可以反映電池的充電情況,設(shè)定某段恒流充電達(dá)到或接近充電可接受電流極限值的電壓,當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí),充電裝置便自動(dòng)結(jié)束本階段恒流充電,進(jìn)入下一階段?！　?.3　分段恒流充電試驗(yàn)研究　　根據(jù)電池的容量初步設(shè)定t(n)、I(n

7、)和U(n),進(jìn)行充電試驗(yàn),充電過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)t(n)、I(n)和U(n)進(jìn)行調(diào)整,然后再進(jìn)行下一次充電試驗(yàn)。每次充電的電池初始狀態(tài)均為3h率完全放電[10],對(duì)各次試驗(yàn)的充電時(shí)間、充電效率和電池溫升等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,從中選定充電時(shí)間最短、電池溫升比較小的充電過(guò)程,分段恒流充電電流曲線如圖2所示。中國(guó)鋰電行業(yè)門戶網(wǎng)站　　通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,可得出如下結(jié)論:　　(1)各段恒流值I(n)的梯度宜適當(dāng)減小。對(duì)比電池溫升情況及各段恒流充電終止?fàn)顩r相近的幾次分段恒流充電過(guò)程發(fā)現(xiàn),對(duì)于充足電所用時(shí)間而言,5段恒流充電的時(shí)間最短,而4段恒流

8、充電的時(shí)間短于3段恒流充電的時(shí)間。因此,適當(dāng)減小各段恒流值下降梯度(分段數(shù)增加),可使實(shí)際充電電流曲線更接近充電可接受電流曲線?！　?2)設(shè)定各恒流段充電時(shí)間t(n)的作用不大。用定時(shí)器控制各