電動(dòng)車用蓄電池的選取及充電方法的研究-

1、 電動(dòng)車用蓄電池的選取及充電方法的研究伍艮常株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院412001 引言 當(dāng)今隨著人們生活水平的提高、生活節(jié)奏的加快、石油價(jià)格的居高不下以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),電動(dòng)車正在逐漸取代摩托車,成為人們首選的交通工具。對(duì)電動(dòng)車的研究也日益受到人們的重視和關(guān)注,經(jīng)過人們的不斷探索,作為電動(dòng)車的其它幾個(gè)核心部件如電動(dòng)機(jī)、控制器、車體,在理論上和技術(shù)上都已取得重大突破,相對(duì)比較成熟,但另外兩個(gè)核心部件蓄電池和充電器還很不理想,還有待理論突破和技術(shù)攻關(guān)。而蓄電池和充電器不盡如人意,在很大程度上又與蓄電池的選取及充電方法息息相關(guān),在某種意義上可以說,它們現(xiàn)已成為制約電動(dòng)車快速發(fā)展的瓶頸。電動(dòng)車用動(dòng)力蓄電池與一

2、般蓄電池相比,還有所不同,主要表現(xiàn)在:它以較長時(shí)間中等電流持續(xù)放電為主,間或以大電流放電,用于啟動(dòng)、加速或爬坡。一般來說,電動(dòng)車用蓄電池多工作在深度充放電狀態(tài)。大量研究還表明,電池充電過程對(duì)電池壽命影響最大,放電過程的影響較小。也就是說,絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的,而是“充壞”的。正確的充電方法對(duì)提高蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用,因此,選取一種合理的電動(dòng)車用蓄電池及充電方法,不僅具有重要的理論意義,還具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。目前常用的充電方法主要有恒壓、恒流、階段恒流、浮充和快速充電方法等。雖然近年來充電技術(shù)得到了較快的發(fā)展,但是還不夠完善,各種方法都不是很理想。因此,針對(duì)當(dāng)前電動(dòng)車用蓄電池

3、的選取及充電方法現(xiàn)狀,提出了一種較理想的方法:鉛酸蓄電池三階段充電法,這種方法有很多優(yōu)點(diǎn),它避免了恒壓充電法開始充電電流過大,而后期電流又過小的缺點(diǎn),比二階段恒流充電在中間階段更接近充電電流接受率曲線,減少了充電時(shí)的出氣量,克服了蓄電池充電充不滿的毛病,還能大大延長蓄電池的使用壽命,減少環(huán)境污染。1、電動(dòng)車用二次電池的選取方法研究11.1 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池歷史最悠久,目前應(yīng)用依然十分廣泛。其放電工作電壓較平穩(wěn),既可以小電流放電,也可以很大的電流放電;工作溫度范圍寬;這種電池技術(shù)成熟,成本低廉,跟隨負(fù)荷輸出特性好。缺點(diǎn)是重量大,鉛酸蓄電池重量與其額定容量的比值低,需要維護(hù),充電速度慢。1.2

4、 鎘鎳電池鎘鎳電池也是一種歷史悠久和應(yīng)用廣泛的二次電池,具有優(yōu)良的大電流放電性能,工作溫度范圍寬,過充電性能好,可靠性高,充放電次數(shù)多、工作壽命長、長期不用也不影響壽命、可靠耐久、容易使用等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是鎘材料較貴和對(duì)環(huán)境污染較大;具有記憶效應(yīng);充電要求恒流充電,1.3 鎳氫電池鎳氫電池生產(chǎn)、使用的歷史較短,是一種新型的電池,有時(shí)又稱為儲(chǔ)氫電池。其具有能量高,充放電性能好,可隨充隨放、快充深放,無記憶效應(yīng),不含鎘、鉛、汞等有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境無污染,屬于綠色電池。充電要求恒流充電。1.4 鋰離子電池鋰離子電池是繼鎳氫電池后研發(fā)的一種新型二次電池。具有能量密度大、電壓高,放電曲線平穩(wěn),自放電率低,循環(huán)

5、壽命長,無記憶效應(yīng),無污染,容易實(shí)現(xiàn)小型化、袖珍化,但成本較高。充電要求以恒流轉(zhuǎn)恒壓方式進(jìn)行充電。通過對(duì)上述幾種主要二次電池的比較,既考慮到電動(dòng)車的工況、又考慮到環(huán)境、價(jià)格等因數(shù),鉛酸蓄電池應(yīng)該是電動(dòng)車電池的首選。2、常規(guī)充電方法12.1 恒流充電法和準(zhǔn)恒流充電法恒流充電法是指:蓄電池在充電過程中,充電電流始終保持不變的充電方法。采用此法對(duì)蓄電池充電需要一個(gè)直流恒流電源,即恒流充電器。該充電法雖然具有較高的充電效率,但由于直流恒流電源制造成本高,并且制造高精度直流恒流電源難度更大,所以在實(shí)際工作中,恒流充電 采用很少。準(zhǔn)恒流充電法:是通過在直流電源和電池之間串聯(lián)上一個(gè)電位器,以增加電路內(nèi)阻來產(chǎn)

6、生恒定電流。具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點(diǎn)。若僅從時(shí)間上考慮,采用此法是有利的。但實(shí)際情況不是這樣的,因?yàn)樵诔潆姾笃谌舫潆婋娏魅圆蛔?這時(shí)由于大部分電流用于電解水上,導(dǎo)致析氫、析氧現(xiàn)象嚴(yán)重,電解液溫度急劇上升,這不僅消耗電能,而且容易使極板上的活性物質(zhì)大量脫落,造成極板彎曲,蓄電池容量迅速下降等而提前報(bào)廢。所以,這兩種充電方法不適合電動(dòng)車用蓄電池的充電。2.2 恒壓充電法和有固定電阻的恒壓充電恒壓充電法是指:蓄電池在充電過程中,充電電壓始終保持不變的充電方法。恒壓充電法存在的問題:充電初期充電電流相當(dāng)大,大大超過正常的充電電流值;充電后期,當(dāng)蓄電池端電壓和充電電源電壓接近或相等時(shí),充電電流減至最

7、小甚至為零。雖然采用恒壓充電法可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失,但存在充電初期充電電流過大,電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快,影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度,致使其脫落的致命不足。幾年前,國內(nèi)的電動(dòng)車生產(chǎn)廠家很多都是采用該充電方式。經(jīng)過不斷的實(shí)踐探索,發(fā)現(xiàn)該充電方法雖然可以用于電動(dòng)車用鉛酸蓄電池的充電,但不是很理想。2.3 階段等流充電法階段恒流充電法是指:蓄電池在充電初期用較大的電流,經(jīng)過一段時(shí)間改用較小的電流,至充電后期改用更小的電流,即不同階段內(nèi)以不同的電流進(jìn)行恒流充電的方法。階段恒流充電法,一般可分為兩階段進(jìn)行,也可分為多階段進(jìn)行。階段等流充電法所需充電時(shí)間較短,充電

8、效果較好?？蓽p少氣泡對(duì)極板活性物質(zhì)的沖刷,減少活性物質(zhì)的脫落,可適當(dāng)延長蓄電池使用壽命,可節(jié)省一定的電能,是當(dāng)前常用的一種充電方法。2.4 階段等壓充電法 階段等壓充電法是指:蓄電池在不同的充電階段,采用不同的充電電源電壓的充電方法。階段等壓充電法克服了一般恒壓充電法的缺點(diǎn),發(fā)揚(yáng)了一般恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)。階段等壓充電法,一般可分為兩階段進(jìn)行,也可分為多階段進(jìn)行。該充電方式能有效地避免蓄電池過充。雖不是很完善,但在目前的電動(dòng)車蓄電池充電中,時(shí)有采用。2.5 浮充電法間歇使用的蓄電池或僅在交流電停電時(shí)才使用的蓄電池,其充電方式為浮充電式。一些特殊場合使用的固定型蓄電池一般均采用浮充電方法對(duì)蓄電池進(jìn)行

9、充電。顯然該充電方式作為電動(dòng)車用蓄電池的充電方式不合適。3、快速充電方法2蓄電池的快速充電方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的,目的就是使其充電曲線盡可能地逼近最佳充電曲線。目前比較流行的快速充電方法有:3.1 脈沖式充電法脈沖式充電方法是:首先采用脈沖電流對(duì)電池充電,然后讓電池停充一段時(shí)間,如此循環(huán)。充電脈沖使蓄電池充滿電量,而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉,使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除,從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓,使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行,使蓄電池可以吸收更多的電量。目前,脈沖式充電法具有許多的分支,有著較廣泛的應(yīng)用,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本較

10、高。3.2 Reflex TM 快速充電法這種充電技術(shù)是美國的一項(xiàng)專利技術(shù),它主要是針對(duì)鎳鎘電池而言的,解決了鎳鎘電池的記憶效應(yīng),雖然對(duì)鉛酸電池有很大的借鑒作用,但還是有較大的差別。因?yàn)殡妱?dòng)車主要采用密閉式鉛酸電池,所以此法對(duì)電動(dòng)車電池充電并不合適。3.3 變電流間歇充電法這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上,克服了恒流充電和脈沖充電各自的缺點(diǎn),將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來了,是一種比較好的充電方法,但是較復(fù)雜。3.4 變電壓間歇充電法這種充電方法是在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,與變電流間歇充電法不同之處在于第一階段的不是間歇電流,而是間歇電壓。在每個(gè)恒壓階段,由于是恒壓充電,充電電流

11、自然按照指數(shù)規(guī)律下降,符合蓄電池電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。且變電壓比變電流更加方便、更加容易實(shí)現(xiàn),但成本較高。3.5 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、Reflex TM 快速充電法、變電流間歇充電法和變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn),變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。該方式電路較復(fù)雜,成本較高,用于電動(dòng)車電池充電暫且不合適。4、電動(dòng)車用鉛酸蓄電池理想充電方法的探討三階段充電法目前有的電動(dòng)車蓄電池充電采用階段恒流充電法。如:有的采用恒流兩階段充電法,有的采用恒流一階段充電法。但這兩種充電法在充電過程中,都存在遠(yuǎn)離充電電流接受率曲線的現(xiàn)象,通過理論推導(dǎo)和實(shí)踐證明:三階段充電法更符合電動(dòng)車充電的要求。三階段充電法是恒流充電法和恒壓充電法相結(jié)合的方式。它克服了兩者的缺點(diǎn),發(fā)揚(yáng)了兩者的優(yōu)點(diǎn)。具體過程如下:充電開始和結(jié)束階段采用恒流充電,中間階段采用恒壓充電。蓄電池在充電初期采用較大的電流,經(jīng)過一段時(shí)間后改為恒壓充電,當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí),由第二階段切換到第三階段。采用三階段充電法的優(yōu)點(diǎn)是:避免了恒壓充電法開始充電電流過大,而后期電流又過小的情況,與兩階段等流充電法相比在中間階段更接近充電電流接受率曲線。這種充電法減少了充電出氣量,充電既徹底,又延長了蓄電池使用壽命。該方法的關(guān)鍵是:控制好三個(gè)充電階段的時(shí)間。三階段充電法充