（電力電子與電力傳動專業(yè)論文）20kw車用鉛酸電池智能管理系統(tǒng).pdf

浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t e l e c t r i c v e h i c l e sh a v eb e c o m et h er e s e a r c hf o c u so fm o s tf a m o u sc a r m a k e r sa l l o v e rt h ew o r l db e c a u s eo ft h ep r o b l e m si na i rp o l l u t i o na n dp e t r o l i u mc r i s i s d u et o i t sl o wc o s t s t h ev a l v er e g u l a t e dl e a da c i d v r l a b a t t e r i e ss t i l lr e m a i nt h ek e y p o s i t i o n i n a p p l i c a t i o n s f o re l e c t r i c v e h i c l e s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ab a t t e r y i n t e l l i g e n tm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hi n c l u d e sb a t t e r ys t a t ed e t e c t i o n e q u a l i z i n g m a n a g e m e n t t e m p e r a t u r em a n a g e m e n ta n dc h a r g e d i s c h a r g em a n a g e m e n th a sb e e n p r o p o s e d t h ec h a r a c t e r i s t i c so fv r l ab a a e r i e su s e dt op o w e re l e c t r i c v e h i c l e sa r e d i s c u s s e df i r s t l y t h ef a i l u r em o d e s c h a r g ea l g o r i t h m s a l s ow i t ht h es i g n i f i c a n t c h a n g e si nv r l ab a a e r i e sd e s i g na r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yf o c u s e so nt h eb a t t e r ym a n a g e m e n tf o r v r l a b a a e r i e si nt h ee l e c t r i c v e h i c l ea p p l i c a t i o n s t h em a n a g e m e n ts y s t e mi n s i d et h e c a r b a t t e r ys t a t ed e t e c t i n gs y s t e ma n de q u a l i z i n gc h a r g i n gs y s t e m h a s b e e n d i s c u s s e di nd e t a i lo ft h ec h a p t e r3 4 t h ec h a p t e r5p r o p o s e dt h ec h a r g e d i s c h a r g e m a n a g e m e n ts y s t e mo u t s i d et h ec a r t h eb a t t e r ys t a t ed e t e c t i n gs y s t e mm e a s u r e st h ev o l t a g ea n dt e m p e r a t u r eo ft h e b a a e r i e s t h e ni te s t i m a t i o n st h es t a t eo fc h a r g e s o c a n ds t a t eo fh e a l t h s o i l a n o v e lm e t h o du s e df o re s t i m a t i o no fs o ci sp r o p o s e d w h i c hi sb a s e do na h p r i n c i p l e p e u k e r te q u a t i o n t e m p e r a t u r ec o r r e c t i o n s o ha n do p e n c i r c u i t v o l t a g e h e r ea ne q u a l i z i n gc h a r g i n gs y s t e mi sd e s i g n e dt ok e e pb a t t e r ye q u a l i z a t i o n d u r i n gc h a r g i n ga n dd i s c h a r g i n g t h ec o n t r o l e r s w i t c h e sa n da l la u x i l i a r yc h a r g e r m a k eu pt h ee q u l i z i n gs y s t e m t h ep u l s ec h a r g i n g d i s c h a r g i n gm e t h o di s a d o p m da s t h em a i nc h a r g i n g a l g o r i t h m t h i sc h a r g i n ga l g o r i t h mi sa c h i e v e db a s e do nab i d i r e c t i o n a lf u l l b r i d g e d c d cc o n v e r t e r t h ep o w e rr a t i n go ft h em a i nc h a r g e ri sa b o u t2 0 k w k e y w o r d s v r l ab a t t e r i e s e q u a l i z e dc h a r g i n g s t a t ed e t e c t i o n p u l s e c h a r g i n g d i s c h a r g i n g l l 浙汀大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 2 0 世紀(jì)后期 西方發(fā)達(dá)資本主義國家遭遇了嚴(yán)重的中東石油危機(jī)之后 人 們開始意識到過度地開發(fā)大自然 以消耗原油和煤炭等自然資源的原始做法已 經(jīng)亟待改進(jìn)了 無止境燃燒化石燃料獲取能量不僅是在掠奪人類子孫的財富 更是嚴(yán)重污染大自然的重要原因 如今 全球汽車保有量已經(jīng)超過7 億輛 年 產(chǎn)量突破5 0 0 0 萬輛 據(jù)預(yù)測 到2 0 5 0 年 全世界的汽車總量將達(dá)3 0 億臺 而汽車在耗用巨量石油資源的同時 又產(chǎn)生極為嚴(yán)重的廢氣污染 每年汽車尾 氣約排放2 億噸有害氣體 占大氣污染總量6 0 以上 于是各國科學(xué)家紛紛 提出要在能源消耗最大的機(jī)動車產(chǎn)品上進(jìn)行技術(shù)革新 而使用綠色環(huán)保并且能 循環(huán)利用的電動系統(tǒng)便進(jìn)入了各個機(jī)動車生產(chǎn)廠商的開發(fā)方案中 然而發(fā)展電 動車必須解決幾項主要關(guān)鍵技術(shù) 即蓄電池 蓄電池管理以及電機(jī)及其控制 如上所述 蓄電池 蓄電池管理 電機(jī)及其控制是限制電動汽車產(chǎn)業(yè)化的 三個最主要的因素 其中 電機(jī)及其控制問題已經(jīng)得到了較好的解決 電動汽 車的瓶頸還是在蓄電池以及其配套的管理系統(tǒng) 現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究主要集中 在電動汽車蓄電池及其管理系統(tǒng)方面 1 1 電動汽車發(fā)展及現(xiàn)狀 從能源角度看 石油資源逐漸枯竭 科學(xué)家預(yù)測 地球上的石油資源如果 按目前的消耗水平 僅僅可以維持6 0 1 0 0 年 而電能的來源廣泛 人們對電 力的使用 已積累了豐富的經(jīng)驗 2 l 世紀(jì)電能必然會成為各種地面運載工具的 主要能源 發(fā)展e v 是交通運輸工業(yè)發(fā)展的必然趨勢 也是汽車工業(yè)發(fā)展的總 趨勢i l 2 0 世紀(jì)7 0 年代全球三次石油危機(jī)爆發(fā)后 各跨國汽車公司爭先開始研發(fā) 各種類型的電動汽車 我國在研發(fā)電動汽車專項上也投入了大量的人力 物力 和財力 并取得了一系列科研成果 2 l 但是迄今為止 這些科研成果真正能轉(zhuǎn) 化為產(chǎn)品 實現(xiàn)批量生產(chǎn)的卻不多 國外在電動汽車方面的研究投入很大 也 取得了不少研究成果 并將此用于電動車的產(chǎn)品中 不過離實現(xiàn)大規(guī)模電動車 的生產(chǎn)和制造的階段還有一定距離 1 1 1 美國電動車發(fā)展現(xiàn)狀1 3 1 美國是世界上大氣污染最嚴(yán)重的國家之一 也是防止和限制大氣污染最嚴(yán) 厲的國家之一 2 0 世紀(jì)五六十年代 在美國的一些大城市里 相繼出現(xiàn)了因為 汽車排放對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染而引起的光化學(xué)煙霧危害事件 1 9 7 6 年7 月 美國國會以立法的形式 政府資助和財政補(bǔ)貼手段加速電動 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 汽車的發(fā)展 法規(guī)的強(qiáng)行推行 促進(jìn)了電動車小批量 商業(yè)化生產(chǎn)和實踐應(yīng)用 的進(jìn)程 此后 美國還出臺了一系列鼓勵電動汽車發(fā)展的政策 在這些因素的 推動下 美國電動汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有了較快的發(fā)展 1 9 9 1 年 美國通用汽車公司 福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同協(xié) 議 成立了 先進(jìn)電池聯(lián)合體 u s a b c 共同研究開發(fā)新一代電動汽車所需 要的高能電池 當(dāng)年1 0 月u s a b c 與美國能源部簽訂協(xié)議 在1 9 9 1 1 9 9 5 年4 年間投資2 2 6 億美元來資助電動汽車用高能電池的研究 美國通用汽車公司還 在底特律建成e v i 純電動汽車1 電動轎車總裝線 每天生產(chǎn)1 0 輛電動轎車 美國發(fā)展電動汽車主要有以下幾項計劃 1 p n g v 計劃 新一代汽車伙伴計劃 p n g v 計劃 的最終目的是研發(fā)出一系列新型e v h e v 保證車輛高 性能 減少排放和車輛生命周期費用 2 f r e e d o mc a r 計劃 自由車計劃 f r e e d o mc a r 計劃 將集中于風(fēng)險較高的實用技術(shù)研究 利用國內(nèi)可再 生能源制造氫燃料電池 以使用該種電池不損害汽車使用的自由 不損害選擇 汽車的自由和不增加使用成本為目的 3 e v 電池利用研究項目 2 0 0 2 年 美國能源部批準(zhǔn)經(jīng)費l5 0 0 萬美元 用于 工業(yè)研究 開發(fā)和演 示使用電池的電動汽車 的費用共擔(dān)項目 包括使用效率和動力儲存 供電質(zhì) 量等 該項目批準(zhǔn)6 個月后 美國議會制定了相應(yīng)的法律 4 綠色校車示范項目 能源部建立了一個3 億美元的鼓勵學(xué)校使用純電動汽車 燃料電池汽車和 超低硫磺柴油機(jī)校車的示范項目 5 a v p 計劃 1 9 9 4 年在美國2 l 世紀(jì)交通法授權(quán)下 美國交通部成立專門研究管理機(jī)構(gòu) 對e v i i e v 研究計劃進(jìn)行建議 組織和管理 此機(jī)構(gòu)稱做a v p a v p 的設(shè)立是 對p n g v 系統(tǒng)的補(bǔ)充 是政府 e w h e v 研發(fā)計劃 的延續(xù) 1 1 2 歐洲電動汽車的發(fā)展1 3 j 法國是個缺油國家 每年依靠進(jìn)口大量石油來供應(yīng)國內(nèi)的需求 汽車尾氣 排放成為了法國的最大污染源 法國電力供應(yīng)主要靠核能與水力發(fā)電 發(fā)電源 污染少 電價也便宜 所以法國自然成為了擁護(hù)電動汽車研發(fā)的絕對支持者 法國政府在政策上給予支持 法國政府 法國電力公司 標(biāo)致 雪鐵龍汽車公司以及雷諾汽車公司簽署協(xié) 一2 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 議 共同承擔(dān)開發(fā)和推廣電動汽車 共同合資組建了電動汽車的電池公司 在 拉一羅且里 l ar o c h e l l e 市進(jìn)行電動汽車的使用實驗 投入了5 0 輛小型4 座 電動客車 建立了9 個普通充電站和3 個快速充電站 法國政府還計劃在巴黎 等城市推廣使用電動汽車 在法國政府出臺了各種優(yōu)惠政策保障電動汽車的發(fā) 展以來 法國電動汽車也得到了飛速的發(fā)展 1 9 9 0 年法國標(biāo)致 雪鐵龍汽車公司所開發(fā)的j 5 和c 2 5 電動載貨汽車投入 生產(chǎn) 1 9 9 5 年法國能源部 標(biāo)致 雪鐵龍汽車公司開發(fā)了標(biāo)致 1 0 6 和s a x o 型 4 座電動轎車 雷諾汽車公司研制了c l i o 型4 座電動轎車并投放在羅且里市進(jìn) 行實驗 1 9 9 7 年為止 法國的電動汽車產(chǎn)量達(dá)到兩千輛 不僅如此 法國政府非常鼓勵使用電動汽車 使法國電動汽車的發(fā)展位居 世界前列 4 年前 法國政府電力公司與汽車制造商簽訂了協(xié)議 使全國電動 汽車保有量達(dá)到1 0 萬輛 在2 0 個城市推廣使用 目前法國已有十余個城市運 行電動汽車且有比較完善的充電站等服務(wù)設(shè)施 政府機(jī)關(guān)帶頭使用電動汽車 法國政府為了鼓勵大眾使用電動汽車 采用了 企業(yè)購買電動汽車在第一 年可以免稅 的措施 同時 電動汽車生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)1 輛電動汽車 法國電 力公司將提供l 萬法郎的補(bǔ)助 以擴(kuò)大電力使用范圍 法國 p r e d i t i i i 2 0 0 2 2 0 0 6 計劃 除了對電動汽車的研發(fā)進(jìn)行大力支持外 還對電動汽車的 購買者實施財政鼓勵措施 德國政府十分重視環(huán)境保護(hù) 投入大量資金用于電動汽車的研發(fā) 1 9 7 1 年 便成立了城市電動車交通公司 g e s 秘極組織電動車的研發(fā) 1 9 9 1 年 在 拜爾州投入了3 0 0 輛電動汽車進(jìn)行運行 拜爾州撥款4 0 0 萬馬克 用于資助電 動車的購買者3 0 的車價 另外 漢堡市也采取了資助用戶車價的2 5 用來 鼓勵用戶購買電動汽車的措施 1 9 9 2 年德國政府撥款2 2 0 0 萬馬克 在呂根島建立歐洲電動汽車實驗基地 組織了四大公司6 2 輛各類電動車在呂根半島城運行實驗 對6 4 輛電動汽車進(jìn) 行長達(dá)4 年的大規(guī)模試驗 并且有很多國家和城市也都有電動汽車參加了此次 試驗 7 0 年代末 德國戴姆勒 奔馳公司生產(chǎn)了一批l e 3 0 6 電動汽車 采用鉛 酸電池 電池電壓1 8 0 v 容量1 8 0 a h 電池質(zhì)量1 0 0 0 k g 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為 6 0 0 0 r m i n 有效載荷1 4 5 0 k g 最高時速為5 0 k m h 續(xù)駛里程達(dá)到1 2 0 k m 奔 馳公司生產(chǎn)了電動大客車和商用電動汽車 投資4 7 億美元研究開發(fā)燃料電池 計劃2 0 0 5 年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 歐寶公司在1 9 8 1 年與a b b 公司合作開發(fā)了電動轎 車 德國政府同9 個主要汽車公司簽訂了一份理解備忘錄 期望建立一個清潔 能源城市 柏林 這一計劃將持續(xù)5 年 參與此計劃的包括德國汽油制造經(jīng) 銷商a r a l 以及汽車制造廠家寶馬 戴姆勒 克萊斯勒 福特等 還有柏林運輸 一3 一 浙汀大學(xué)碩士學(xué)位論文 組織 天然氣供應(yīng)商l i n d e 英國是當(dāng)今世界生產(chǎn)電動汽車較為先進(jìn)和使用廣泛的國家之一 電動汽車 的使用歷史已有5 0 年之久 上個世紀(jì)8 0 年代中期英國就有1 2 萬輛電動汽車在 運行 目前全國已有4 0 萬輛電動汽車 英國政府投資兩千多萬英鎊支持電動汽 車的開發(fā) 并且實行了多項優(yōu)惠政策給使用者 比如免受牌照稅 養(yǎng)路費 而 且在夜間充電只收取二分之一的電費 英國國際汽車設(shè)計公司從1 9 7 9 年開始研 制電動汽車 1 9 9 1 年克羅德利蓄電池公司投資建立電動汽車生產(chǎn)集團(tuán) 研制的 電動汽車行程達(dá)到1 3 0 k i n 瑞士要求國內(nèi)旅游區(qū)內(nèi)一律使用電動汽車 防止環(huán)境污染 因此瑞士也是 歐洲電動汽車使用效益最高的國家之一 瑞典的v o l v o 汽車工業(yè)公司 意大利的菲亞特公司等都不惜投入巨額資 金 研究開發(fā)新一代電動汽車 意大利在上世紀(jì)8 0 年代末期建立了電動汽車車隊 投入5 2 輛電動汽車實 驗 使用鉛酸蓄電池 1 9 9 0 年菲亞特公司生產(chǎn)的電動車?yán)m(xù)駛里程為1 0 0 k m 速 度達(dá)到7 0 k m h 采用鉛酸電池 丹麥 奧地利 捷克 匈牙利等國家也都紛紛加入了開發(fā)電動汽車的行列 各個汽車公司都看準(zhǔn)了國際未來的電動車市場 力爭早日實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 在國際 市場上分一杯羹 冰島的生態(tài)城市運輸系統(tǒng) e c t s 和歐洲七國九城市的歐州清潔城市運輸 c u t e 系統(tǒng)會在這1 0 個城市中都投入燃料電池公共汽車運營 并且設(shè)立加氫 站 系統(tǒng)為了收集有關(guān)電動車的使用和維修特點 以及在不同環(huán)境氣候下電動 車的特性 評價各種制氫方法也是該系統(tǒng)的目的之一 1 1 3 日本電動汽車的發(fā)展1 3 1 日本是世界范圍內(nèi)實施電動汽車產(chǎn)業(yè)化最早的國家之 日本國土不大 石油資源匱乏 幾乎全部依賴進(jìn)口 日本工業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá) 人口密集 城市污染也是國家考慮的重大問題之一 日本政府特別重視電動汽車的研發(fā)工作 1 9 6 7 年 日本成立了日本電動汽車協(xié) 會 以此促進(jìn)電動汽車的發(fā)展 日本大阪市由市政府 大發(fā)汽車公司 蓄電池 公司和電力公司共同組成促進(jìn)電動汽車發(fā)展的地方性組織 采用優(yōu)惠的租賃方 法鼓勵用戶購買電動汽車 并在大阪市內(nèi)建立1 0 個快速充電站 為用戶提供全 方位的服務(wù) 促進(jìn)電動汽車的推廣 1 9 9 8 年日本東京電力公司聯(lián)合日本電池公司 共同開發(fā)了 z a 電動汽 車 在當(dāng)時屬于世界最高水平 2 0 世紀(jì)9 0 年代 豐田汽車公司多次展覽豪華 型的電動轎車 日本各大電力公司不僅在資金上參與電動汽車的研發(fā) 而且還 在公務(wù)汽車的選用上優(yōu)先選擇電動汽車 一4 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 9 9 6 年 豐田汽車公司研制出燃料電池汽車的生產(chǎn)樣車 并在1 9 9 7 年開 始批量生產(chǎn)混合動力汽車 成為了環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域和世界電動汽車產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)頭 羊 該公司在第1 6 屆國際電動車展覽會上展示的最新混合動力汽車 p f i u s 是世界最早批量生產(chǎn)的混合動力汽車 至今已經(jīng)銷售了6 萬輛 日本發(fā)展電動汽車主要有低公害汽車開發(fā)普及行動計劃以及專項研究計 劃 其中專項研究計劃主要涉獵的內(nèi)容有 燃料電池汽車等用鋰電池技術(shù)開發(fā) 氫能利用技術(shù)開發(fā) 質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)的驗證研究 質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)的 普及基礎(chǔ)事業(yè) 質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)和氫氣安全利用等基礎(chǔ)技術(shù)開 發(fā)費補(bǔ)助金等 1 1 4 我國的電動汽車發(fā)展 我國從2 0 0 3 年起 e v 重大科技專項已由總體規(guī)劃 全面啟動階段 轉(zhuǎn)入 關(guān)鍵技術(shù)攻堅和產(chǎn)業(yè)化前期準(zhǔn)備階段 e v 專項已組織起包括企業(yè) 大學(xué) 科 研機(jī)構(gòu)在內(nèi)的1 0 0 多個研發(fā)團(tuán)隊 開展了e v 關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā) 取得了整 車功能樣車 燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等一大批階段性成果 申請了15 5 項專利 如同濟(jì)大學(xué)自主研發(fā)的 超越二號 燃料電池轎車在世界電動汽車競技中獲得 好成績 中國科學(xué)院電工所開發(fā)的高效 高集成度的數(shù)字化車用永磁電機(jī)驅(qū)動 系統(tǒng)和大功率數(shù)字化交流異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)完成了整車型式認(rèn)證實驗 已應(yīng)用 于 科技奧運北京電動公交車示范項目 上 天津清源電動汽車動力總成和電 動汽車整車產(chǎn)業(yè)化示范基地預(yù)計今年年底建成 屆時將成為世界上最大的電動 汽車生產(chǎn)基地 1 2 電動汽車蓄電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)在電池的運用場合起著至關(guān)重要的作用 電池管理系統(tǒng)能全 面測量電池參數(shù) 并根據(jù)當(dāng)前電池狀態(tài)完成相應(yīng)的控制動作 它既要保證電池 的安全運行 又要保障延長電池的壽命 一套好的管理系統(tǒng)可以給電池的運行 帶來強(qiáng)有力的保障 而性能不完善的管理系統(tǒng)不僅會影響電池的壽命 甚至可 能引發(fā)安全事故 電池管理系統(tǒng)測量電池的電壓 充放電電流和溫度 根據(jù)電壓狀態(tài)控制電 池的充放電 根據(jù)電流大小提供充放電保護(hù) 根據(jù)溫度狀態(tài)推斷電池當(dāng)前的狀 態(tài) 電池管理系統(tǒng)的控制部分主要是根據(jù)采集的電壓狀態(tài)而選擇充電方式 如 恒壓 限流 間歇浮充等 并且產(chǎn)生異常狀態(tài) 如過壓 過流 欠壓等 時對 電池進(jìn)行保護(hù) 防止電池?fù)p壞和確保使用安全 而通訊接口則是管理系統(tǒng)內(nèi)部 各個模塊進(jìn)行傳輸信息的通道 并且也為其他智能系統(tǒng)訪問智能電池提供了必 要保證 不僅如此 管理系統(tǒng)還需要實時根據(jù)電動汽車電池的使用狀況做出反應(yīng)或 一5 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 者通過人機(jī)接口提示駕駛員處理緊急狀況 電動車用蓄電池常常是由很多單節(jié) 電池串聯(lián)起來的 對其充電和放電的時候難免會因為單體電池的出廠特性不完 全相同而出現(xiàn)莫單節(jié)電池過充電或者欠充電狀態(tài) 長此以往 此節(jié)電池便會損 壞 是的電池組無法正常使用 所以電池管理系統(tǒng)也需要提供電池均衡的功能 通過電動汽車電池管理系統(tǒng)檢測到電池單體和電池組的荷電狀態(tài) 使多能源管 理系統(tǒng)能在保障電池安全和使用壽命的前提下 充分發(fā)揮電池的性能 加強(qiáng)電 動汽車的動力性和續(xù)駛里程 基于以上對電池管理系統(tǒng)的介紹與描述 一套完整的電池管理系統(tǒng)應(yīng)該包 括 4 1 5 l 1 1 電池保護(hù)系統(tǒng) 2 主充電系統(tǒng) 3 l 充放電均衡管理系統(tǒng) 4 電池狀態(tài)檢測系統(tǒng) 5 溫度管理系統(tǒng) 6 通信系統(tǒng) 主充電系統(tǒng)的功能就是用能延長電池壽命的充電方法對電池進(jìn)行充電 目 前正負(fù)脈沖充電技術(shù)被普遍認(rèn)為能增加v r l a 電池的充放電次數(shù) 延長電池的 使用壽命 單體電池的過充電 過放電 長期欠充電 過溫對電池的壽命有很 大的影響 故應(yīng)有一套均衡管理系統(tǒng)和溫度管理系統(tǒng)來保證在充放電過程中所 有單體電池不過充電 不過放電 不欠充電和不過溫 電池的狀態(tài)檢測系統(tǒng)包 括對單體電池電壓 內(nèi)阻等信息的采集以及根據(jù)這些參數(shù)來判斷電池的狀態(tài) 結(jié)合現(xiàn)有的一些管理系統(tǒng)和電動汽車的特殊要求 一套適合電動汽車的管 理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖1 1 所示 該系統(tǒng)包括車載和車外管理系統(tǒng)兩部分 車載蓄電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能 5 1 1 數(shù)據(jù)采集 記錄以及電池電壓均衡 2 數(shù)據(jù)處理以防止電池失效和不良使用 預(yù)測荷電狀態(tài)s o c 3 和車外管理系統(tǒng)通訊 車外的管理系統(tǒng)則包括主充電系統(tǒng) 人機(jī)接口 監(jiān)控模塊等 實際應(yīng)用中 電動大巴蓄電池智能管理系統(tǒng)的構(gòu)成遠(yuǎn)不如上述的系統(tǒng)那么 完善 依然存在這樣或那樣的缺陷 在國內(nèi) 已有純電動公交車在試運行 但 其管理系統(tǒng)功能還需完善 大多數(shù)主充電系統(tǒng)依然采用恒壓限流的方式對電池 進(jìn)行充電 且缺乏電池的均衡管理和有效的狀態(tài)檢測 管理系統(tǒng)的落后導(dǎo)致電 池的壽命普遍較短 有的電池的壽命甚至不到2 個月 6 l 一6 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 一電湎阻一 一 主充電系統(tǒng) 電 萋幸 i i 一i i 罔 i i 刀 充電控材信號 工 下 霄 一j b r 副過 li 刀 1 目 日n 目 h w 嬲 i i i i i i r t r i 狀態(tài)檢囊l li 鼢控鍶塊 曩豢司目 辰磷l o 佰惠ii il ii 一 一 一 一一 一一 一一一一一i i 一一一 l l i l 充電蝰參信號 車外管理系統(tǒng)車內(nèi)管理系統(tǒng) 圖1 1 電動汽車管理系統(tǒng)組成 1 3 本論文研究的主要內(nèi)容 本論文是在楊潮碩士論文 免維護(hù)鉛酸蓄電池管理系統(tǒng) 潘尚智碩士論文 閥控式鉛酸蓄電池管理系統(tǒng) 羅光毅碩士論文 蓄電池管理系統(tǒng) 王偉碩 士論文 鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)實驗的軟硬件研究 丁昂碩士論文 閥控式免維 護(hù)鉛酸蓄電池脈沖充電及其智能管理 以及歐陽茜碩士論文 電動大巴蓄電池 智能管理系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上完成的 這幾篇論文對車用蓄電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了大 量的前期研究工作 包括閥控免維護(hù)鉛酸蓄電池的化學(xué)特性分析 模型建立 影響蓄電池使用壽命的關(guān)鍵因素分析以及提高蓄電池壽命充電方式研究等 本 文主要在歐陽茜碩士論文提出的整體框架上進(jìn)行系統(tǒng)的完善優(yōu)化和搭建工作 重點研究了車內(nèi)的電池智能管理部分 并搭建了車內(nèi)管理系統(tǒng) 同時研究了車 用v r l a 蓄電池的化學(xué)特性并結(jié)合其特性使用相應(yīng)的充放電策略 延長蓄電池 壽命 本文第一章介紹了目前世界范圍內(nèi)電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r以及電動汽車蓄電 池管理系統(tǒng)的概況 第二章主要介紹了電動汽車用v r l a 電池的特性 失效模 式和充電方法 第三章和第四章分別介紹了車內(nèi)管理系統(tǒng)的狀態(tài)檢測系統(tǒng)和均 衡充電管理系統(tǒng) 第五章介紹了主充電系統(tǒng)的構(gòu)成 最后對本論文的研究工進(jìn) 行了總結(jié)和展望 一7 一 浙江大學(xué)頎士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) l 薛繼超 張伯俊 劉金翠 電動汽車現(xiàn)狀及未來 天津工程師范學(xué)院學(xué)報 2 0 0 7 1 7 f 2 楊孝綸 電動汽車技術(shù)發(fā)展趨勢及前景 上 汽車科技 2 0 0 7 3 王宇寧 姚磊 王艷麗 國外電動汽車的發(fā)展戰(zhàn)略 汽車工業(yè)研究 2 0 0 5 3 5 3 7 4 4 t s e n t e rb b a t t e r ym a n a g e m e n t f o r h y b r i d e l e c t r i cv e h i c l ea n d t e l e c o m m u n i c a t i o n a p p l i c a t i o n s b a t t e r yc o n f e r e n c eo na p p l i c a t i o n sa n d a d v a n c e s 2 0 0 2 2 3 3 2 3 7 5 s u z u kk nk v a l v e r e g u l a t e dl e a d a c i db a t t e r i e sf o re l e c t r i cv e h i c l e s p r e s e n t a n df u t u r e j o u r n a lo f p o w e rs o u r c e s 1 9 9 6 5 9 1 7 1 1 7 5 6 歐陽茜 電大巴蓄電池智能管理系統(tǒng) 學(xué)位論文 杭州 浙江大學(xué)電力電 子系 2 0 0 7 8 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章電動汽車蓄電池 2 1 車用蓄電池特性分析 2 1 1 電動車蓄電池基本性能指標(biāo) 電動汽車用蓄電池的主要性能指標(biāo)有 容量 能量密度 功率 白放電率 循環(huán)使用壽命等1 1 1 1 容量 蓄電池在一定的放電條件下所能放出的電量容量稱為電池的容量 用符號c 表示 常用的單位為安培小時 它等于放電電流與放電時間的乘積 單位為a h 這種方式定義的電池容量小于電池的標(biāo)稱容量 因為組成電池時 除活性物質(zhì)外還包括非反映成分 如外殼 導(dǎo)電零件等 同時還與活性物質(zhì)被有 效利用的程度有關(guān) 在實際應(yīng)用中我們一般采用荷電狀態(tài)s o c s t a t eo fc h a n g e 來描述需電池的 剩余容量 s o c 定義為剩余容量與總?cè)萘康陌俜直?2 蓄電池的能量密度 定義為動力電池組單位質(zhì)量或單位體積的蓄電池所 能輸出的能量 通常質(zhì)量能量密度定義為蓄電池的比能量 w h k g 體積能量 密度定義為蓄電池的能量密度 w h l 其中比能量顯得更為重要 它影響到電 動車的整車質(zhì)量及續(xù)駛里程 是評價電動車的蓄電池是否滿足預(yù)定的續(xù)駛里程的 重要指標(biāo) 而體積能量密度只影響到電池的布置空間 3 蓄電池的功率密度 功率密度是指單位質(zhì)量或單位體積的蓄電池所具有 的輸出能量的速度 它也可分為比功率 w k g f f f l 功率密度 w l 對電動車而 言 重點考慮比功率參數(shù) 它是評價蓄電池能否滿足電動汽車加速和爬坡能力的 重要指標(biāo) 4 能量效率 電池作為能量儲能器 充電時把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存起來 放電時把電能釋放出來 在這個可逆的電化學(xué)轉(zhuǎn)換過程中 有一定的能量損耗 通常用電池的能量效率來表示電池的充放電效率 它表示為放電時輸出的能量與 充電時輸入的能量比 電池內(nèi)阻是影響能量效率的主要原因 它使電池能量以熱的形式損耗掉 5 放電倍率 電池以某種電流強(qiáng)度放電時的數(shù)值為電池容量的配數(shù) 常用c 表示 例如 電池容量為4 0 a h 當(dāng)充放電電流強(qiáng)度為1 c 時 是指放電電流為 4 0 a 6 蓄電池的自放電率 電池在存放時間內(nèi) 在沒有負(fù)荷的條件下自身放電 使得電池的能量損失的速度 一般時間是以月為單位 如放電率 月 7 蓄電池的循環(huán)使用壽命 通常定義為蓄電池失效前所允許的深放電次數(shù) 所謂深放電一般是指蓄電池完全放電到截止電壓 它是影響電動車總的續(xù)駛里程 一9 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 的重要指標(biāo) 電池的使用壽命與充放電深度及溫度等條件有關(guān) 減小充放電深度 可以延 長電池的壽命 表2 1 美國現(xiàn)代電池聯(lián)合會 u s a b c 提出的目標(biāo)1 2 1 項目中期同標(biāo)長期目標(biāo) 比能量 w h k g 8 0 1 0 0 2 0 0 能量密度 w h l 1 3 53 0 0 比功率 w k g 8 0 d o g 3 0 s 1 5 0 z 0 0 4 0 0 體積功率 w l 2 5 06 0 0 壽命 年 5 1 0 循環(huán)壽命 次 d o g8 0 6 0 01 0 0 0 能量及功率下降率 2 02 0 最終價格 美元 k w h 1 5 0 l o o 工作環(huán)境 3 0 6 5 4 0 8 5 充電時間 h 負(fù)極板析出氫氣 負(fù)極板氧氣的復(fù)合 正極板析出氧氣 正極板腐蝕 用化學(xué)反應(yīng)方程式表示 上述四個二次反應(yīng)可分別表示為 2 h 2 e 專 4 2 d 2 4 h 4 e j 2 皿d 2 4 d q 4 h 4 e p b 2 h 2 0 p b 0 2 4 h 4 e 2 4 2 5 2 6 2 7 雖說正常狀態(tài)下v r l a 電池內(nèi)部氧氣的復(fù)合率可以達(dá)到9 8 但是仍然有 2 的氧氣從電池內(nèi)部析出 這部分氧來源于電解水反應(yīng) 雖然量小 但是長時 間的積累后數(shù)量就非?？陀^了 v r l a 密封不好也是造成充電過程逸出氣體的重要原因 尤其是均衡充電和 補(bǔ)充充電時 由于充電電壓提高了 析氧量也隨之增大 另外 v r l a 蓄電池正極板柵腐蝕 使得正極板柵的鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛 所 需要的氧原子來自于電解液中的水 因此也會消耗一部分的水分 3 v r l a 電池?zé)崾Э?v r l a 蓄電池的壽命和性能與v r l a 蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量密切相關(guān) 在 一1 7 一 浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文 浮充方式工作時 v r l a 蓄電池內(nèi)部的功率消損耗等于浮充電壓與浮充電流的乘 積 在以恒壓方式充電時 浮充電流隨溫度的上升而增大 增大了的浮充電流又 會產(chǎn)生更多的熱量 從而是溫度進(jìn)一步上升 如果v r l a 蓄電池內(nèi)部熱量產(chǎn)生 的速率超過了v r l a 蓄電池在當(dāng)時條件下的散熱能力 v r l a 蓄電池的溫度會 持續(xù)上升 致使v r l a 蓄電池的塑料外殼變軟 最后導(dǎo)致外殼鼓脹甚至破裂熔 化 造成v i u a 電池?zé)崾Э氐耐獠吭蚴?環(huán)境溫度異常升高 使充電電流增 加 熱平衡被打破 充電電壓異常升高 使得充電電流增加 熱平衡被打破 形 成熱失控 隨電池失水后 電池內(nèi)部的電解液含量逐漸減少 相應(yīng)熱容量降低 歐姆內(nèi) 阻增大 由于氧氣在負(fù)極的復(fù)合反應(yīng)是放熱反應(yīng) 產(chǎn)生的熱量如小能及時向外界 釋放 電池溫度將上升 溫度升高會進(jìn)一步加速氧氣的復(fù)合放熱反應(yīng) 這將促使 電池溫度進(jìn)一步上升 嚴(yán)重的時候會導(dǎo)致熱失控 國內(nèi)摩托車行業(yè)配套使用 v r l a 電池的初期 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分電池使用一段時間 4 6 個月 后便變形鼓脹 無法正常使用 追蹤調(diào)查表明 絕大部分是由于摩托車的充電器仍沿用普通富液 式電池的設(shè)計 充電電壓有的高達(dá)1 6 1 8 v 過充電造成電池失水和熱失控 4 v r l a 蓄電池漏液 v r l a 蓄電池漏液與電解液量的關(guān)系 v r l a 蓄電池是采用貧液設(shè)計的 為 使正極產(chǎn)生的o 通過v r l a 蓄電池內(nèi)循環(huán)在負(fù)極上得到最大程度的復(fù)合吸收 以此完成v r l a 蓄電池內(nèi)部氣體的再化合 維護(hù)電解液中的水平衡 如果電解 液量過多 會使內(nèi)部氣體再化合通道受阻 v r l a 蓄電池內(nèi)部氣體增多 壓力增 加 容易在v r l a 蓄電池密封的薄弱部位產(chǎn)生漏液 運行經(jīng)驗表明 v r l a 蓄電池殼蓋之間密封處 極柱端子 安全閥密封處容 易發(fā)生漏液故障 這是因為目前國內(nèi)極柱端子的密封普遍采用先將極柱與 v r l a 蓄電池蓋上的鉛套管焊接在一起 再灌上一層環(huán)氧樹脂膠密封 使用3 5 年后漏液問題就開始顯現(xiàn) 通常 專業(yè)人員都稱之為 爬酸現(xiàn)象 實際上是 由于極柱早已被腐蝕 硫酸沿著腐蝕通道在內(nèi)部氣壓的作用下 流到極柱表面并 腐蝕極柱形成白色的硫酸鹽粉末 2 2 3v i l l a 電池失效的防止措施1 1 肛1 1 l 由于v r l a 電池的早期失效問題的嚴(yán)重性 在使用過程中 需要做到及時 檢測 及時讓智能管理系統(tǒng)根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)做出參數(shù)調(diào)整 其中 對于溫度的管 理要做到調(diào)整快速 防止高溫 低溫對電池性能的影響 當(dāng)溫度超過設(shè)定的范圍 時 應(yīng)該發(fā)出警報 由特定人員進(jìn)行查明原因后方可再行使用 在不同季節(jié) 不 一1 8 浙 i 大學(xué)碩士學(xué)位論文 同環(huán)境溫度下應(yīng)對充電器的浮充電壓進(jìn)行補(bǔ)償 補(bǔ)償值由廠家給出 切小可過充 對于v r l a 電池組放電時限為1 0 h 為了避免v r l a 蓄電池的深度放電 造成 v r l a 電池活性物質(zhì)不能還原 建議設(shè)定終止放電的門檻值 當(dāng)然對于純電動汽 車而言 需要及時檢測各個電池的電壓 做到及時充電 并且均衡充電 針對正極板柵存在著腐蝕和變形的必然性 應(yīng)采取以下技術(shù)措施減緩正極板 柵的腐蝕和增長 保證電池的使用壽命 1 正板柵的腐蝕可以通過選擇合金 晶型 制造方法和改變充電或維持電 極的浮充極化來控制 2 增加正極板柵的厚度 保證v r l a 電池板柵的工作年限 3 采用更耐腐蝕的板柵合金材料 如低鈣高錫p b c a 合金比普通p b c a 合 金耐腐蝕性好 抗蠕變強(qiáng)度也明顯增加 4 在電池設(shè)計上采用玻璃棉隔板緊裝配或膠體電介質(zhì)使電極承受壓力 提 高板柵的機(jī)械支撐力 針對v r l a 電池的干涸現(xiàn)象 應(yīng)該對正板柵合金材料的耐蝕性及極板厚度 的設(shè)計 都應(yīng)該慎重考慮 根據(jù)以上原因采取措施如下 1 選擇高孔隙率的超細(xì)玻璃纖維隔板 孔隙率在9 3 以上 為氧的復(fù)合提 供通道 2 采取定量灌酸 使玻璃棉隔板在吸收電解液以外 仍有5 1 0 的孑l 隙 率未被電解液充滿 3 高純度p b c a s n a i 無銻板柵合金 因為p b c a 合金比p b s b 合金有較 高的析氫過電位 降低了因板棚腐蝕而析出氫氣的可能性 4 讓負(fù)極有多余的容量 即比正極多出1 0 的容量 防止氫在負(fù)極析出 氫氣大量析出是無法再復(fù)合的 5 安全閥 開閥壓力精密可調(diào) 長期使用安全閥開閥壓力不變 安全閥中 裝有濾酸片 具有阻燃及防爆功能 對于熱失控 了解了它的形成原因后 需要采取的措施有 1 采取恒壓限流的充電方式 防止電池的過充電 2 高頻開關(guān)電源設(shè)置的均充電壓值和浮充電壓值不能高于蓄電池廠家所 規(guī)定的數(shù)值 浮充電壓應(yīng)合理選擇 浮充電壓是蓄電池長期使用的充電 電壓 是影響電池壽命至關(guān)重要的因素 一般情況下 浮充電壓定為 2 2 3 v 單體 2 5 比較合適 3 在電池設(shè)計和制造中盡量減小電池的內(nèi)阻 如正負(fù)極間距要小 電池要 緊裝配等 一1 9 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 3 充電方式對v r l a 電池的影響 2 1 1 對于v r l a 電池而言 不同的充電控制策略對其壽命的影響也是不盡相同 的 根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境 不同的應(yīng)用場合 充電控制策略的選擇也是多式多樣 的 目前常用的幾個充電控制策略有恒壓充電方式 恒流充電方式 兩階段充電 方式 三階段充電方式以及脈沖充電方式和根據(jù)麥斯理論來設(shè)定充電參數(shù)的綜合 充電方式 2 3 1 恒壓充電方式 恒壓充電是保持電池的端電壓恒定值的一種充電方式 充電器的輸出電壓恒 定 單節(jié)v r l a 電池端電壓為2 v 一般將充電電壓設(shè)為2 3 5 v 2 5 v 之間 具 體數(shù)值需要查看v r l a 電池廠家的技術(shù)說明書 并且需要根據(jù)具體環(huán)境和溫度 等應(yīng)用條件相搭配 取得一個較為準(zhǔn)確的充電電壓值 恒壓充電的充電電壓 電 流波形如圖2 4 所示 時問 圖2 4 恒壓充電方式下的電壓電流 波形圖 恒壓充電方式的明顯不足之處在于充電開始的初期 由于電壓已經(jīng)恒定 又 因為電池的等效內(nèi)阻非常的小 所以充電電流會很大 嚴(yán)重時會引起極板彎曲 活性物質(zhì)脫落以及蓄電池的溫度異常升高 從而縮短v r l a 蓄電池組的壽命 如果將恒壓值降低 雖然可以適當(dāng)減小初始電流的大小 但是蓄電池的充電時間 會大大增加 而且可能會出現(xiàn)無法充滿的現(xiàn)象 從而造成蓄電池充電不足 同樣 會縮短蓄電池的壽命 恒壓充電方式的好處在于電池充電電壓恒定 充電器的控制較容易實現(xiàn) 成 本低 因此 恒壓充電一般用在小容量 低電壓 v r l a 電池單體 電池的充電 場合 一2 0 浙江人學(xué)碩士學(xué)何論文 2 3 2 恒流充電方式 2 2 恒流充電與恒壓充電方式類似 只不過恒定值為充電電流 而恒流充電又包 括單一恒流充電方式和分段恒流充電方式 單一恒流充電恒流值設(shè)定比較低 是為了避免到充電到一定程度后 電流過 大使得電池由于過充而損壞 單一恒流充電保持電流恒定不變直到充電結(jié)束 充 電時間相對較長 導(dǎo)致充電過程中v r l a 蓄電池內(nèi)部析氣較多 效率低 圖2 5 示為單一恒流充電方式的電流電壓波形圖 圖2 5 單一恒流充電模式 而分段恒流充電在一個充電周期中的充電電流是分階段變化的 它根據(jù)充電 狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整 先以較大的電流充電 并逐漸減小 電流呈階梯狀減小 這樣可 以避免過充電 不過對控制參數(shù)的準(zhǔn)確性要求較高 如圖2 6 所示 圖2 6 分段恒流充電模式 髓銣 恒流充電方式一般用在快速充電開始前的涓流充電或者串聯(lián)電池組的小電 2 1 i 浙汀大學(xué)碩士學(xué)位論文 流長時間充電 2 3 3 兩階段充電方式 兩階段充電方式也是目前市面上相當(dāng)多的充電器所采取的一種充電策略 為 了避免恒壓充電初始時大電流對v r l a 電池組電極的損壞現(xiàn)象 大多數(shù)電池廠 商采取了這種恒壓限流充電方法 限制恒壓充電的初始充電電流 等待電池端壓 上升到設(shè)定的恒壓值 則進(jìn)入恒壓充電階段 這樣充電電流便會逐漸減小 知道 充電過程結(jié)束 其電壓電流波形如圖2 7 兩階段充電方式充電過程中 電解液中產(chǎn)生的氣泡很少 可以節(jié)省電能 抑 制蓄電池的溫度上升趨勢 避免損壞電池極板 i 甘寸棚 圖2 7 兩階段充電方式 2 3 4 三階段充電方式 三階段的充電方式是由二階段 恒壓限流 充電方式發(fā)展而來的 在很多場 合下 蓄電池并不是總處于工作狀態(tài)下的 而對于蓄電池組而言 即便是在不使 用的狀態(tài)下 電池也會通過內(nèi)阻放電 容量也會隨著時間逐漸減小 如圖2 8 所示 所以在蓄電池兩端加上恒定電壓 便可以補(bǔ)償這種因為電池自放電而造成的 容量損失 這便是浮充階段 浮充階段類似恒壓充電模式 不過這兩者的恒壓值 是不相同的 它和恒壓充電的目的并不相同 它并不以恢復(fù)電池容量為目的 浮 充更準(zhǔn)確地說應(yīng)該是蓄電池的一種運行方式 它是直流電源系統(tǒng)中 與整流器設(shè) 備并聯(lián) 作為支持系統(tǒng)工作的后備電源的蓄電池工作方式 蓄電池在浮充工作方式下 充放電循環(huán)次數(shù)少 自放電和深放電的容量又能 及時補(bǔ)足 活性物質(zhì)利用率高 使用壽命長 浮充使用時蓄電池的充電電壓必須 保持一恒定值 在該電壓下 充入的電量應(yīng)足以補(bǔ)償蓄電池由于自放電而損失的 一2 2 一厶 浙 i 大學(xué)碩士學(xué)位論文 能量 同時 應(yīng)保證在相對較短時間內(nèi)使放過電的電池充足電 這樣就可以使蓄 電池長期處于充足電狀態(tài) 不會由于欠充電造成容量損失 另一方面 該電壓的 選擇應(yīng)使蓄電池因過充電而造成的損壞達(dá)到最低程度 因此 選擇恰當(dāng)?shù)母〕潆?壓對于蓄電池的使用壽命來說是至關(guān)重要的 l i o 秘m 圖2 8 三階段充電方式電壓電流波形圖 對于v r l a 電池的浮充電 當(dāng)前無論國內(nèi)還是國外均采用大致相同的辦 法 浮充電壓通常選取2 2 3 2 2 8 v 而且 修正浮充電壓值對延長v r l a 蓄電 池的壽命十分重要 浮充電壓增加o 1 v v r l a 電池的壽命將減少近半 因此 選取浮充電壓一般選取廠家推薦值的下限 且要根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償 補(bǔ)償方法與 均充電壓溫度補(bǔ)償一樣 以一4 i n v c 作為補(bǔ)償系數(shù) 為了使得浮充電壓更加的精確 多種間歇性浮充方式被提出 這種特殊的浮 充方式是待到電池端壓降到設(shè)定值時進(jìn)行浮充 到上限值停止 如此循環(huán) 便可 以防止電池的損壞 2 蝴 2 3 5 脈沖充電方式 前面介紹的幾種充電方式如恒壓充電方式 恒流充電方式 兩階段充電方式 以及三階段充電方式普遍存在的問題是充電電流參數(shù)難以與具體的v r l a 電池 取得一致 充電電流過大則會加速電池的析氣 使得電池失水 電流過d 貝t j n 長 充電時間 可能造成電極硫酸鹽化 脈沖充電方式是一種針對v r l a 電池比較先進(jìn)的充電技術(shù) 它對鉛酸電池 內(nèi)部的電化學(xué)過程有較大影響 主要解決了鉛酸電池極化問題和硫酸鹽沉積問 題 脈沖充電方式如圖2 9 所示 一2 3 浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文 a 正脈沖充電 b 正負(fù)脈沖充電 圖2 9 脈沖充電電流波形 1 1 去極化 3 j v r l a 電池的極化分為三種 1 電阻極化 主要由極板電阻 電解液電 阻引起 2 濃差極化 這是由于正負(fù)極板表面電解液的濃度變化 使得電極 電位偏離平衡電位 3 電化學(xué)極化 由于電極反應(yīng)過程中的遲緩特性 阻礙 了整個電極反應(yīng)的進(jìn)行 引起電極電勢的變化 稱為電化學(xué)極化 嚴(yán)重的極化 會導(dǎo)致電池內(nèi)部析氣嚴(yán)重 充電效率急劇降低 采取脈沖充電可以較好地抑制極化的產(chǎn)生 電阻極化和電化學(xué)極化只需要等 待充電電流下降到足夠小 便可以在微秒內(nèi)減小或者干脆消除 對于濃度差極化 在脈沖的間隔空閑時間區(qū)間內(nèi) 電解液濃度差不變 為離子擴(kuò)散創(chuàng)造了條件 若 在充電過程中加入負(fù)脈沖 則可以使得v r l a 電池在充電過程中的電化學(xué)反應(yīng) 朝著與原來相反的方向進(jìn)行 離子擴(kuò)散運動方向也相反 這樣便有利于消除充電 過程中產(chǎn)生的濃度差 2 去硫酸鹽沉積例 正如上文所述 經(jīng)歷高放電率放電的鉛酸電池 由于反應(yīng)過程主要在極板 表面進(jìn)行 負(fù)極板表面會形成一層致密的硫酸鉛晶體層 該晶體層阻止了椰d 4 一 進(jìn)入極板內(nèi)部 減小了有效反應(yīng)面積 負(fù)極板的容量急劇減少 且在充電時 若采用普通的恒流充電 該硫酸鉛晶體層很難轉(zhuǎn)換為活性鉛 電池的可充電性 能急劇下降 如果充電電流是脈沖電流 則情況不同 脈沖電流可以看成是一系列頻率交 流電流組成 由于集膚效應(yīng) 當(dāng)一定頻率的交流電流流過某一導(dǎo)體時 電流僅流 過導(dǎo)體界面的外表面 集膚深度可以用下式表示 d 一2 4 一 2 8 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 其中 p 是導(dǎo)體電阻率 鉛為 2 0 5 3 x 1 0 q m p 是導(dǎo)體的磁導(dǎo)率 對于 非鐵磁材料電池極板 可以認(rèn)為是自由空間磁導(dǎo)率 f 為頻率 顯然 充電電流頻率越高 則電流越集中在極板表面 積累在極板表面的硫 酸鉛能夠得到電子 充電反應(yīng)能夠進(jìn)行較充分 且抑制了析氫反應(yīng)的發(fā)生 這樣 負(fù)極表面的硫酸鉛晶體層能夠全部轉(zhuǎn)換為活性鉛 2 4 本章小結(jié) 本章主要討論了電動汽車蓄電池的性能特性 在本章開始介紹了目前電動車 用蓄電