淺析動力電池的充放電及容量檢測

1、 1、引言據(jù)有關部門估計,幾十年后石油將耗盡,用什么能源來代替石油驅動汽車成為人們研究的課題?，F(xiàn)在正在研究和使用的是電動汽車,即它的動力主要來自于電池。在過去,電動汽車主要用鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池的維護及測試技術已經比較成熟,但隨著磷酸鐵鋰動力電池的出現(xiàn),鉛酸蓄電池的缺點逐漸暴露出來。磷酸鐵鋰電池具有超長壽命、使用安全、耐高溫、大容量、綠色環(huán)保等優(yōu)點,適用于各類電動汽車。但磷酸鐵鋰動力電池和其它電池一樣,如果使用不當也會縮短電池的使用壽命。為了估算動力電池在使用一段時間后尚能提供電能的時間,就必須對電池進行剩余容量測試。另外,動力電池的價格昂貴,如何正確使用動力電池以及延長動力電池的使用壽命十

2、分重要。所以我們有必要對動力電池進行充放電和容量測試進行研究。2、動力電池的充電分析動力電池和其它蓄電池一樣,充電方式有很多種。比如恒流充電,恒壓充電,恒流-恒壓充電,根據(jù)理想的充電電流曲線充電,脈沖技術充電等。2.1恒流充電淺析動力電池的充放電及容量檢測胡銀全胡云冰易文翠重慶通信學院地管部網絡與安全教研室400035恒流充電是指電池在充電時,采用恒流的方法進行充電,該電流的大小可以通過充電裝置來進行調整,這種充電方法的主要特點是有較大的適應性,可以任意選擇和調整充電電流,因此可以對各種不同情況及狀態(tài)的電池充電。但該充電方法的主要缺點是開始階段的充電電流小,在充電后期充電電流又過大,所以整個充

3、電過程時間長,能耗大,還需要專人管理。恒流充電的變型是分段恒流充電,即在充電時為避免充電后期電流過大,及時分段減少充電電流,這里不作具體介紹。2.2恒壓充電恒壓充電是指每只單體電池均以某一恒定電壓進行充電。其主要特點是:充電初期電流相當大,隨著充電的延續(xù),充電電流逐漸減小,在充電終期只有很小的電流通過,這種充電方法與恒流充電比,充電時間短、能耗低,一般在數(shù)小時后電池就能獲得本身容量的90%以上,且充電過程不需要人照管。在實際的應用中,充電時間還是過長,需要更好更快的充電方法。2.3恒流-恒壓充電目前用得比較多的還是恒流-恒壓充電,就是開始采用恒流充電,恒流充電直至電池的端電壓達到恒壓充電電壓,

4、然后再改為恒壓充電到電池充滿為止,是否充滿則需要檢測充電電流是否減少到充電終止電流,充電特性如圖1。2.4智能充電智能充電是目前比較先進的充電方法,其原理是在整個充電過程中動態(tài)跟蹤蓄電池可接受的充電電流。應用du/dt 技術,即充電電源根據(jù)電池的充電狀態(tài)自動確定充電工藝參數(shù),使充電電流自始至終保持在電池可接受的充電電池曲線附近,保持電池在很少的氣體析出的狀態(tài)下充電,從而保護電池。智能充電方法適用于對各種狀態(tài)、類型的電池充電,安全、可靠、省時和節(jié)能。其充電電流曲線如圖2所示。但電池用了一段時間后,電池內部結構會發(fā)生變化,使得可接收的理想充電電流曲線也會變化,所以在使用此方法充電時需要注意。圖1動

5、力電池的充電特性圖2動力電池智能充電特性3、動力電池的放電分析動力電池以恒流進行連續(xù)放電,其電壓會隨著放電而降低。電池有一個終止放電電壓,電池的電壓達到終止放電電壓就不能再放電了,如果超過終止放電電壓還在繼續(xù)放電,那么就會影響電池的使用壽命了。所以放電的過程中要注意終止放電電壓的檢測。但電池放電過程中,電池的壓降受放電電流大小的影響,當放電電流比較大時,放電電壓達到終止放電電壓,此時電池的剩余容量還很多,還可以繼續(xù)放電。相反,如果以很小的電流放電時,當放電電壓達到終止放電電壓時,電池的剩余容量已經很少了,這時電池已經受到 損害。另外,動力電池在實際使用的過程中并不是恒流放電,電壓的變化很大。所

6、以在動力電池使用過程中,什么時候停止放電要根據(jù)電池的剩余容量、終止電壓等參數(shù)綜合分析。4、動力電池的容量檢測分析剩余容量SOC是動力電池管理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),只有準確知道電池的剩余容量,才能更好的使用電池。目前有很多學者正在研究動力電池的剩余容量預測,并取得了很大的成績。目前剩余容量檢測的方法有以下幾種:內阻法、開路電壓法、恒流電壓法、密度法、線性模型法、模糊推理和神經網絡法等。各種檢測方法各有優(yōu)缺點,目前研究比較多的是模糊推理法、神經網絡法,或者是幾種方法的混合使用。下面簡單的介紹幾種剩余容量檢測方法。4.1內阻法在電池放電的過程中,電池的內阻會增大,即電池的剩余容量與電池的內阻有一定的聯(lián)系

7、。于是可以利用電池內阻與剩余容量的關系來預測電池的剩余容量。電池內阻測量一般有直流法和交流法兩種,目前采用交流測量內阻的比較多。交流法測量電池內阻時,將一個交流測試信號加在電池上,然后測量流過電池的電流和該電流在電池兩端產生的交流電壓降,由此可導出阻抗。由于交流信號頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響,測得的數(shù)據(jù)實際上就是電阻。交流法的缺點是易受充電器紋波和其它噪聲的影響。隨著科學技術的迅速發(fā)展,計算機技術、數(shù)字技術的采用,從根本上解決了交流法測量電池內阻受干擾的問題。找出內阻與剩余容量的關系后,就可以根據(jù)電池的內阻對電池的剩余容量進行預測了。4.2開路電壓法實際測量中容易測量的參數(shù)就是開路電壓

8、、電流、溫度等參數(shù)。在電池的使用過程中,電池的開路電壓會隨之下降,如果能找出開路電壓與電池剩余容量的關系,那么就可以用開路電壓來預測電池的剩余容量。已經有很多學者從事這方面的研究,并取得了很好的效果。4.3神經網絡法利用人工神經網絡方法來預測電池剩余容量的研究比較多,并取得了比較好的效果。徑向基函數(shù)(R B F神經網絡由三層組成,輸入層節(jié)點只傳遞輸入信號到隱層,隱層節(jié)點由像高斯函數(shù)那樣的輻射狀函數(shù)構成,而輸出層節(jié)點通常是簡單的線性函數(shù)。隱層節(jié)點中的作用函數(shù)對輸入信號將在局部產生響應,當輸入信號靠近作用函數(shù)的中央范圍時,隱層節(jié)點將產生較大的輸出,這種網絡具有局部逼近能力,且在逼近能力、分類能力和

9、學習速度等方面均優(yōu)于B P網絡。所以有很多學者采用R B F神經網絡來預測電池剩余容量,預測的精度都比較高。蓄電池容量與外部參數(shù)之間呈現(xiàn)非線性關系,支持向量機(S V M的回歸算法可以實現(xiàn)較好的非線性函數(shù)逼近。利用支持向量機回歸算法建立預測模型,以十分鐘內的蓄電池電壓、電流和溫度作為輸入量進行容量預測。這種方法經過實驗,預測的精度也比較高。另外還有很多方法預測電池的剩余容量,如采用模糊控制,安時法,卡爾曼濾波法,或者幾種方法相結合的預測方法,采用什么方法要根據(jù)具體的電池和要求來選用。5、結束語以上我們主要介紹了動力電池充電的方法以及動力電池容量檢測的方法。隨著科研工作者的深入研究,動力電池的充電技術在不斷改進,電池剩余容量的預測也在不斷的深入研究。相信能找出動力電池最佳的充電方式,今后電動汽車也會像現(xiàn)在的加油站一下,司機