电动汽车用电池智能化快速充电研究

(2) 设定各恒流段充电时间t ( n) 的作用不大 。用定时器控制各恒流段充电时间t ( n) 比较容易实现 ,然而由于电池在恒流充电开始时的荷电状态不同或因电池容量衰减导致充电可接受电流减小时 ,最佳的恒流充电时间也随之改变 。电池状态的不确定使最佳充电时间很难确定 。在试验中常出现以下现象 : 某段恒流充电到了设定的充电时间 ,但充电电压离终止电压相差还很远 ,这时 ,本试验选择了在该恒流值下继续充电 ,直至充电电压达到终止电压 ; 某段恒流充电设定的充电时间还未到 ,但电池已大量析气 (电解液“沸腾”) ,且充电电压已高于设定的终止电压或电池温度升至限定值 ,这种情况下 ,充电器会立即停止该段恒流充电 ,自动转入下一阶段 。由此可见 ,在自动控制充电过程中 ,设定充电时间的作用不大 。

(3) 电池温度不宜单独作为分段恒流充电控制参数 。理论上 ,在开始充电时电池荷电状态不同的情况下 ,电池温度均可用作各阶段恒流充电的自动停止控制参数 。但是 ,温度传感器的误差和滞后性容易造成电池过充电 ,因此不宜单独采用电池温度作为分段恒流充电终止控制参数 。

(4) 终止电压参数 U ( n) 对异常情况的自适应性较差 。将不同恒流值下的终止电压设为控制参数 ,可自适应电池开始充电时的荷电状态和电池使用过程中充电可接受电流的变化 ,且控制也比较简单 。但是 ,当电池的性能出现异常变化时 ,原来设定的终止电压可能会过高或过低 ,导致电池过充电或过早降低充电电流而延长了整个充电时间 。此外 ,在不同的恒流充电阶段 ,电池内部的充电极化程度也不同 ,接近可接受电流极限时的充电电压上升速率也会有明显的差别 ,要准确地设置各种恒流充电状态下的终止电压难度很大 。

2 　电池分段恒流充电的智能化控制

2. 1 　分段恒流充电智能化控制方案

根据分段恒流充电试验的结果与分析 ,对分段恒流充电控制方案作了如下调整 :

(1) 采用容量梯度法确定阶段恒流充电终止标准。通过理论分析和大量试验研究 ,本文认为采用容量梯度参数 dU / dC 作为阶段恒流充电终止判断标准较为适宜 。按该型电池恒流充电特性曲线确定充电终止容量梯度参数 ,充电过程中控制器以设定的频度对充电电压进行采样 ,计算I ( n) 下的容量梯度值 ,并与设定的充电终止容量梯度标准进行比较 ,根据比较结果判断是否终止当前阶段恒流充电 。

(2) 减小各段恒流值下降梯度 。通过试验确定该型电池初次恒流值I (1) ,并减小阶段恒流充电的电流下降幅度 。如果降低充电电流后 ,达到充电终止容量梯度值的时间很短 (设定一个最小充电时间) ,则适当增大电流下降的幅度 。

(3) 将电池温度设为充电安全保障控制参数 。设置电池最高温度限定值 ,在充电过程中 ,如果电池温度达到了限定值 ,立即停止充电 。当电池温度降至正常温度时 ,适当减小充电电流继续充电 ,直到该段恒流充电结束。

2. 2 　分段恒流充电智能化控制电路

分段恒 流 充 电 智 能 化 控 制 电 路 如 图3 所示。该电路采用 CPU 控制 ,可对充电电池和充电环境温度进行检测 ,对电池充电进行计时 ,采样充电过程中电池的电压和电流 ,对分段恒流充

电过程进行控制 。

2. 3 　 智能化分段恒流充电试验研究

根据调整后的分段恒流充电方案进行充电试验 ,为便于比较 ,采用与方案调整前的充电试验所用同一型号电池 ,充电初始状态完全一样。调整方案后的定流充电各阶段的控制参数和充入的电量如表 3 所示 ,其定压充电阶段的控制参数和充入的电量与表的分段恒流充电电流曲线如图 4 所示。

在调整方案后的分段恒流充电试验过程中 ,电池没有出现温度过高而停止充电的情况 ,充电时间缩短了,充电效率也提高了,并且整个充电过程均按设定的程序自动进行,完全不需要人工干预,实现了智能化的快速充电。

3 　 结语

分段恒流充电使电池的实际充电电流曲线接近充电可接受电流曲线 ,是实现电池快速充电的有效方法。采用容量梯度法确定恒流充电终止标准参数,减小阶梯恒流充电电流下降梯度 ,并辅以电池温度过高则停止充电的保护控制 ,可实现动力电池的智能化快速充电控制。试验结果表明 ,这种恒流充电控制方法可有效缩短充电时间 ,提高充电效率 ,延长电池使用寿命。