電動汽車用電池智能化快速充電研究

(2) 設(shè)定各恒流段充電時間t ( n) 的作用不大 。用定時器控制各恒流段充電時間t ( n) 比較容易實現(xiàn) ,然而由于電池在恒流充電開始時的荷電狀態(tài)不同或因電池容量衰減導(dǎo)致充電可接受電流減小時 ,最佳的恒流充電時間也隨之改變 。電池狀態(tài)的不確定使最佳充電時間很難確定 。在試驗中常出現(xiàn)以下現(xiàn)象 : 某段恒流充電到了設(shè)定的充電時間 ,但充電電壓離終止電壓相差還很遠 ,這時 ,本試驗選擇了在該恒流值下繼續(xù)充電 ,直至充電電壓達到終止電壓 ; 某段恒流充電設(shè)定的充電時間還未到 ,但電池已大量析氣 (電解液“沸騰”) ,且充電電壓已高于設(shè)定的終止電壓或電池溫度升至限定值 ,這種情況下 ,充電器會立即停止該段恒流充電 ,自動轉(zhuǎn)入下一階段 。由此可見 ,在自動控制充電過程中 ,設(shè)定充電時間的作用不大 。

(3) 電池溫度不宜單獨作為分段恒流充電控制參數(shù) 。理論上 ,在開始充電時電池荷電狀態(tài)不同的情況下 ,電池溫度均可用作各階段恒流充電的自動停止控制參數(shù) 。但是 ,溫度傳感器的誤差和滯后性容易造成電池過充電 ,因此不宜單獨采用電池溫度作為分段恒流充電終止控制參數(shù) 。

(4) 終止電壓參數(shù) U ( n) 對異常情況的自適應(yīng)性較差 。將不同恒流值下的終止電壓設(shè)為控制參數(shù) ,可自適應(yīng)電池開始充電時的荷電狀態(tài)和電池使用過程中充電可接受電流的變化 ,且控制也比較簡單 。但是 ,當電池的性能出現(xiàn)異常變化時 ,原來設(shè)定的終止電壓可能會過高或過低 ,導(dǎo)致電池過充電或過早降低充電電流而延長了整個充電時間 。此外 ,在不同的恒流充電階段 ,電池內(nèi)部的充電極化程度也不同 ,接近可接受電流極限時的充電電壓上升速率也會有明顯的差別 ,要準確地設(shè)置各種恒流充電狀態(tài)下的終止電壓難度很大 。

2 　電池分段恒流充電的智能化控制

2. 1 　分段恒流充電智能化控制方案

根據(jù)分段恒流充電試驗的結(jié)果與分析 ,對分段恒流充電控制方案作了如下調(diào)整 :

(1) 采用容量梯度法確定階段恒流充電終止標準。通過理論分析和大量試驗研究 ,本文認為采用容量梯度參數(shù) dU / dC 作為階段恒流充電終止判斷標準較為適宜 。按該型電池恒流充電特性曲線確定充電終止容量梯度參數(shù) ,充電過程中控制器以設(shè)定的頻度對充電電壓進行采樣 ,計算I ( n) 下的容量梯度值 ,并與設(shè)定的充電終止容量梯度標準進行比較 ,根據(jù)比較結(jié)果判斷是否終止當前階段恒流充電 。

(2) 減小各段恒流值下降梯度 。通過試驗確定該型電池初次恒流值I (1) ,并減小階段恒流充電的電流下降幅度 。如果降低充電電流后 ,達到充電終止容量梯度值的時間很短 (設(shè)定一個最小充電時間) ,則適當增大電流下降的幅度 。

(3) 將電池溫度設(shè)為充電安全保障控制參數(shù) 。設(shè)置電池最高溫度限定值 ,在充電過程中 ,如果電池溫度達到了限定值 ,立即停止充電 。當電池溫度降至正常溫度時 ,適當減小充電電流繼續(xù)充電 ,直到該段恒流充電結(jié)束。

2. 2 　分段恒流充電智能化控制電路

分段恒 流 充 電 智 能 化 控 制 電 路 如 圖3 所示。該電路采用 CPU 控制 ,可對充電電池和充電環(huán)境溫度進行檢測 ,對電池充電進行計時 ,采樣充電過程中電池的電壓和電流 ,對分段恒流充

電過程進行控制 。

2. 3 　 智能化分段恒流充電試驗研究

根據(jù)調(diào)整后的分段恒流充電方案進行充電試驗 ,為便于比較 ,采用與方案調(diào)整前的充電試驗所用同一型號電池 ,充電初始狀態(tài)完全一樣。調(diào)整方案后的定流充電各階段的控制參數(shù)和充入的電量如表 3 所示 ,其定壓充電階段的控制參數(shù)和充入的電量與表的分段恒流充電電流曲線如圖 4 所示。

在調(diào)整方案后的分段恒流充電試驗過程中 ,電池沒有出現(xiàn)溫度過高而停止充電的情況 ,充電時間縮短了,充電效率也提高了,并且整個充電過程均按設(shè)定的程序自動進行,完全不需要人工干預(yù),實現(xiàn)了智能化的快速充電。

3 　 結(jié)語

分段恒流充電使電池的實際充電電流曲線接近充電可接受電流曲線 ,是實現(xiàn)電池快速充電的有效方法。采用容量梯度法確定恒流充電終止標準參數(shù),減小階梯恒流充電電流下降梯度 ,并輔以電池溫度過高則停止充電的保護控制 ,可實現(xiàn)動力電池的智能化快速充電控制。試驗結(jié)果表明 ,這種恒流充電控制方法可有效縮短充電時間 ,提高充電效率 ,延長電池使用壽命。