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電動汽車快速充電技術(shù)

發(fā)布時間:2011-04-24

快速充電的中心議題:
  • 電動汽車快速充電技術(shù)剖析
快速充電的解決方案:
  • 智能化變脈沖充電技術(shù)
  • 分段恒流充電智能化控制技術(shù)

綠色革命的一個重要體現(xiàn)是綠色交通,電動汽車應(yīng)運(yùn)而生,其市場需求量也呈現(xiàn)出愈來愈大的趨勢。電動汽車充電時間長,充電難是電動汽車推廣應(yīng)用的一個難題。因此,快速充電技術(shù)的研究對電動汽車的發(fā)展影響重大,意義深遠(yuǎn)。目前,研究成果比較成熟的快速充電技術(shù)主要有智能化變脈沖充電技術(shù)和分段恒流充電智能化控制技術(shù)。

智能化變脈沖充電技術(shù)基本原理:
變脈沖快速充電系統(tǒng)主要由整流器和功率轉(zhuǎn)換器組成,如圖(1)所示。

快速充電器根據(jù)實(shí)時檢測到的電池組的端電壓、充電電流、溫度、動態(tài)內(nèi)阻等信息,按照馬斯充電定律,通過采用智能控制算法實(shí)施對充電電流脈沖寬度T1、間歇時間T2、放電電流脈沖T3的分段調(diào)節(jié),以消除被充電電池組的電極化現(xiàn)象,使電池組時刻處于較佳的電流接受狀態(tài),提高充電速度和充電效率。具體控制過程是,首先用較寬的充電脈沖進(jìn)行充電,蓄電池的端電壓上升,當(dāng)?shù)竭_(dá)充電時間T1時,充電器暫停充電,當(dāng)充電間歇時間達(dá)到T2時充電器繼續(xù)充電,如此反復(fù),如圖(2)所示。

當(dāng)電壓上升到設(shè)定的電壓值V1時,根據(jù)程序的設(shè)定,減小充電脈沖占空比,并給蓄電池充電,當(dāng)電池端電壓達(dá)到設(shè)定值V2時,充電器間歇暫停充電;根據(jù)反饋電壓自動調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比,經(jīng)過短時間停止充電,蓄電池的極化電壓迅速下降,如此反復(fù)循環(huán),直至達(dá)到蓄電池組的充電終止電壓V3。

該快速充電器首次實(shí)現(xiàn)了按照被充電電池的實(shí)際充電狀態(tài)(電流、電壓、溫度、動態(tài)內(nèi)阻等)對脈沖充電器充電脈沖實(shí)施智能化的實(shí)時調(diào)節(jié),將充電器和被充電電池上升為一個系統(tǒng)問題綜合考慮,通過引入智能化調(diào)節(jié)算法,使該充電器具有更廣泛的適用性。

分段恒流充電智能化控制技術(shù)基本原理:
分段恒流充電智能化控制電路如圖(3)所示。該電路采用 CPU 控制,可對充電電池和充電環(huán)境溫度進(jìn)行檢測,對電池充電進(jìn)行計時,采用充電過程中電池的電壓和電流,對分段恒流充電過程進(jìn)行控制。

分段恒流充電使電池的實(shí)際充電電流曲線接近充電可接受電流曲線,是實(shí)現(xiàn)電池快速充電的有效方法。采用容量梯度法確定恒流充電終止標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),減小階梯恒流充電電流下降梯度,并輔以電池溫度過高則停止充電的保護(hù)控制,可實(shí)現(xiàn)動力電池的智能化快速充電控制。
首先,分段恒流充電智能化控制技術(shù)的階段恒流充電終止標(biāo)準(zhǔn)采用容量梯度法,即采用容量梯度參數(shù) dU / dC 作為階段恒流充電終止判斷標(biāo)準(zhǔn)。按該型電池恒流充電特性曲線確定充電終止容量梯度參數(shù),充電過程中控制器以設(shè)定的頻度對充電電壓進(jìn)行采樣,計算I ( n) 下的容量梯度值,并與設(shè)定的充電終止容量梯度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果判斷是否終止當(dāng)前階段恒流充電。

其次,分段恒流充電智能化控制技術(shù)通過減小各段恒流值下降梯度(分段數(shù)增加),可使實(shí)際充電電流曲線更接近充電可接受電流曲線。通過試驗(yàn)確定該型電池初次恒流值I(1),并減小階段恒流充電的電流下降幅度。如果降低充電電流后,達(dá)到充電終止容量梯度值的時間很短 (設(shè)定一個最小充電時間),則適當(dāng)增大電流下降的幅度。分段恒流充電電流曲線如圖(4)所示。

最后,分段恒流充電智能化控制技術(shù)的充電安全保障控制參數(shù)設(shè)為電池溫度。設(shè)置電池最高溫度限定值,在充電過程中,如果電池溫度達(dá)到了限定值,立即停止充電。當(dāng)電池溫度降至正常溫度時,適當(dāng)減小充電電流繼續(xù)充電,直到該段恒流充電結(jié)束,從而起到保障充電安全的效果。

試驗(yàn)結(jié)果表明,智能化變脈沖充電技術(shù)和分段恒流充電智能化控制方法均可有效縮短充電時間,提高充電效率,延長電池使用壽命。

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