電動車電池的分段恒流充電設(shè)計(jì)方案

(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(shí)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(yàn)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(yuǎn)，這時，本試驗(yàn)選擇了在該恒流值下繼續(xù)充電，直至充電電壓達(dá)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(dú)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(dú)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(dāng)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(zhǔn)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。通過理論分析和大量試驗(yàn)研究，本文認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行采樣，計(jì)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否終止當(dāng)前階段恒流充電。

(2) 減小各段恒流值下降梯度。通過試驗(yàn)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(dá)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(dāng)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(dá)到了限定值，立即停止充電。當(dāng)電池溫度降至正常溫度時，適當(dāng)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(jìn)行檢測，對電池充電進(jìn)行計(jì)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(jìn)行控制。

2. 3 　智能化分段恒流充電試驗(yàn)研究

根據(jù)調(diào)整后的分段恒流充電方案進(jìn)行充電試驗(yàn)，為便于比較，采用與方案調(diào)整前的充電試驗(yàn)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2 中的數(shù)值相同，調(diào)整方案后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(yàn)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(jìn)行，完全不需要人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了智能化的快速充電。

3 結(jié)語

采用容量梯度法確定恒流充電終止標(biāo)準(zhǔn)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(hù)控制，可實(shí)現(xiàn)動力電池的智能化快速充電控制。試驗(yàn)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。