電動車電池的分段恒流充電方案

為了在實現(xiàn)快速充電的同時又不影響電池壽命，關(guān)鍵是要使快速充電過程具有自適應(yīng)性，即根據(jù)電池的實際狀態(tài)自動調(diào)節(jié)充電電流的大小，使其始終保持在充電可接受電流的臨界值附近。為此，本文在電池快速充電理論基礎(chǔ)上，對分段恒流充電方法進行了試驗研究，以期實現(xiàn)動力電池的智能化快速充電和均衡充電。

　　1 電池快速充電的分段恒流控制

　　1. 1 　快速充電方法的選擇

　　增大充電電流，電池極板上單位時間內(nèi)恢復的活性物質(zhì)增多，充電時間就可縮短，但過大的充電電流會損害電池。電池可接受的充電電流是有限的，且會隨充電時間呈指數(shù)規(guī)律下降。在電池充電過程中，充電電流曲線在該指數(shù)函數(shù)曲線以上時會導致電池電解液發(fā)生析氣反應(yīng)(過充電) ,反之則不能有效縮短充電時間。理想化的電池快速充電過程是充電電流始終保持在電池充電可接受電流的極限值，即充電電流曲線與該電池的充電可接受電流曲線相重合。本文選擇容易實現(xiàn)的分段恒流充電方法，其關(guān)鍵是要確定適當?shù)碾A段恒流充電終止判斷標準、恒流充電分段數(shù)和各階段恒流充電電流值。

　　1. 2 　分段恒流充電控制方案

　　要實現(xiàn)分段恒流充電的自動控制，階段恒流充電終止判斷參數(shù)可選擇充電時間、電池溫度和電池電壓等。大量的調(diào)查分析和電池充電試驗結(jié)果表明，單參數(shù)控制方法難以實現(xiàn)理想的分段恒流充電控制。

　　充電時間參數(shù)控制方法簡單，但電池型號不同、充電起始狀態(tài)不同，所需的充電時間也不一樣，如果單以充電時間來控制階段恒流充電的結(jié)束，容易導致電池過充電或延長充電時間。溫度參數(shù)控制方法的優(yōu)點是可實現(xiàn)電池溫度過高保護，但是由于環(huán)境和傳感器響應(yīng)時間延遲的影響，如果僅以電池溫度參數(shù)作為階段恒流充電終止判斷標準，也容易造成電池的過充電。電壓參數(shù)控制被認為是較好的階段恒流充電終止控制方法，但其不足也是顯而易見的，比如：不能識別因電池極板硫化而產(chǎn)生的充電電壓異常升高以及電池充電過程中出現(xiàn)的異常溫升等，從而導致電池充電時間延長或電池的損壞。

　　為了保證在各種情況下均能檢測電池的實際充電狀態(tài)，并實現(xiàn)較為理想的階梯形充電電流曲線，本文綜合了充電時間、電池溫度和終止電壓3個參數(shù)作為各階段恒流充電終止判斷依據(jù)，其控制流程如圖1 所示。

　　分段恒流充電結(jié)束后再進行一段時間的定壓充電，是為了確保電池能完全充足。3 個控制參數(shù)的具體控制策略如下。時間參數(shù)控制：根據(jù)電池容量和充電電流，預先設(shè)定某段恒流充電的時間，當充電時間達到設(shè)定值時，通過定時器發(fā)出信號，結(jié)束該階段的恒流充電并自動將充電電流減小，進入下一段恒流充電。

　　溫度參數(shù)控制：設(shè)定某段恒流充電至可接受電流極限時的電池溫度最高值，根據(jù)溫度傳感器檢測的電池溫度來控制充電裝置。當外界環(huán)境溫度較低、設(shè)置的電池最高溫度較高時，采取控制溫升法，當電池的溫升達到設(shè)定值時，溫控器使充電裝置停止充電，直到溫度下降至適當值時，自動進入下一階段恒流充電。

　　電壓參數(shù)控制：電池的絕對電壓可以反映電池的充電情況，設(shè)定某段恒流充電達到或接近充電可接受電流極限值的電壓，當電壓達到設(shè)定值時，充電裝置便自動結(jié)束本階段恒流充電，進入下一階段。