电动车用电池快速充电试验与研究.doc

电动车用电池快速充电的试验与研究
麻友良
(武汉科技大学,湖北武汉430070)
陈全世
(清华大学,北京 100084)
摘要:根据电池快速充电的原理,对多种类型的电池进行了大量的充电试验,通过对充电试验的结果分析,提出了适用于不同电池的分段恒流快速充电和定压补充充电的充电方案,并在分析比较各种控制参量的基础上给出了实现这种充电过程的控制方法。通过对大量试验过程和结果的分析和比较,指出了避免电池充电效率下降和充电时电池异常升温并导致损坏应注意的问题。
关键词:快速充电;分段恒流;限定电压
电动汽车用电池快速充电的研究,是电动汽车研究与开发必须面临的一项工作,我们对铅酸电池、硅盐胶体电池等准备应用于电动汽车的动力电池进行了充放电特性及充电方法等一系列的试验与研究,以求电动车用电池理想的快速充电方法。
一、电池快速充电的理论基础
电池充电时若能以大电流充电,就可以在较短时间内充入较多的电量,缩短充电时间。但是,电池可接受充电电流是有限度的。铅酸电池的充电可接受电流是指其电解液只产生微量析气的前提下所能够接受的最大充电电流[1,2]。1967年美国学者麦斯()经过大量试验提出了电池充电可接受电流定律:
I=-at
式中:I-电池可接受的充电电流;
I0-开始充电(t=0)时电池可接受的最大充电电流;
a-充电可接受电流衰减常数,与电池的结构和状态有关。
电池在充电过程中其充电可接受电流按图1所示的规律下降。当充电电流在可接受电流曲线以下时不产生析气,充入的电量几乎都转变为电池的化学能量;当充电电流大于充电可接受电流时,则会导致部分电流消耗于电离电解液中的水,使电池电解液产生析气反应。电流越大,这种电解水反应就越剧烈,并使电池内部的压力增大、温升加速。这不仅使电池的充电效率下降,还会对电池造成损害,影响电池的使用寿命。
根据生产厂家提供的资料和我们大量的试验表明,不仅是铅酸电池有按指数规律下降的可接受电流特性,硅盐胶体电池及其他动力电池也有相类似的充电可接受电流曲线。充电过程中,如果能使实际的充电电流始终靠近可接受充电电流曲线,就可使充电所需的时
间缩短。
不产生析气区
产生微量析气曲线
产生析气区
充电时间
充电电流
图1电池充电可接受电流曲线
二、电池快速充电的试验
I1
I2
I3
I4
I5
t1
t2
t3
t4
t5
充电时间
充电可接受电流曲线
图2 理想的充电电流曲线
充电电流
理想的充电电流曲线
最理想的快速充电控制是充电电流如同可接受充电电流曲线,但实际充电控制难于实现。能够实现的较为理想的快速充电控制是采用分段恒流充电,如图2所示。分段恒流充电需要解决的问题是确定适当的恒流充电分段数和各阶段充电电流大小及终止时间。如果各段充电电流过小或终止时间过早,实际充电电流曲线离充电可接受电流曲线较远,使充电时间较长;如果各段电流过大或终止充电时间过迟,则会使充电电流超过充电可接受电流而导致电池温升加剧、充电效率和电池寿命下降。
对液态电解液电池,在快速充电试验中的各阶段恒流充电终止可根据电池电解液的析气、电压和电池的温度等来综合判断,硅盐胶体电池不可能观察析气情况,只能根据电池的温度和电压来进行判断,要准确地判断充电是否达到了充电可接受电流