电动车用蓄电池的选取及充电方法的研究-

1、 电动车用蓄电池的选取及充电方法的研究伍艮常株洲职业技术学院412001 引言 当今随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快、石油价格的居高不下以及环保意识的增强,电动车正在逐渐取代摩托车,成为人们首选的交通工具。对电动车的研究也日益受到人们的重视和关注,经过人们的不断探索,作为电动车的其它几个核心部件如电动机、控制器、车体,在理论上和技术上都已取得重大突破,相对比较成熟,但另外两个核心部件蓄电池和充电器还很不理想,还有待理论突破和技术攻关。而蓄电池和充电器不尽如人意,在很大程度上又与蓄电池的选取及充电方法息息相关,在某种意义上可以说,它们现已成为制约电动车快速发展的瓶颈。电动车用动力蓄电池与一

2、般蓄电池相比,还有所不同,主要表现在:它以较长时间中等电流持续放电为主,间或以大电流放电,用于启动、加速或爬坡。一般来说,电动车用蓄电池多工作在深度充放电状态。大量研究还表明,电池充电过程对电池寿命影响最大,放电过程的影响较小。也就是说,绝大多数的蓄电池不是用坏的,而是“充坏”的。正确的充电方法对提高蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用,因此,选取一种合理的电动车用蓄电池及充电方法,不仅具有重要的理论意义,还具有深远的现实意义。目前常用的充电方法主要有恒压、恒流、阶段恒流、浮充和快速充电方法等。虽然近年来充电技术得到了较快的发展,但是还不够完善,各种方法都不是很理想。因此,针对当前电动车用蓄电池

3、的选取及充电方法现状,提出了一种较理想的方法:铅酸蓄电池三阶段充电法,这种方法有很多优点,它避免了恒压充电法开始充电电流过大,而后期电流又过小的缺点,比二阶段恒流充电在中间阶段更接近充电电流接受率曲线,减少了充电时的出气量,克服了蓄电池充电充不满的毛病,还能大大延长蓄电池的使用寿命,减少环境污染。1、电动车用二次电池的选取方法研究11.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池历史最悠久,目前应用依然十分广泛。其放电工作电压较平稳,既可以小电流放电,也可以很大的电流放电;工作温度范围宽;这种电池技术成熟,成本低廉,跟随负荷输出特性好。缺点是重量大,铅酸蓄电池重量与其额定容量的比值低,需要维护,充电速度慢。1.2

4、 镉镍电池镉镍电池也是一种历史悠久和应用广泛的二次电池,具有优良的大电流放电性能,工作温度范围宽,过充电性能好,可靠性高,充放电次数多、工作寿命长、长期不用也不影响寿命、可靠耐久、容易使用等特点。缺点是镉材料较贵和对环境污染较大;具有记忆效应;充电要求恒流充电,1.3 镍氢电池镍氢电池生产、使用的历史较短,是一种新型的电池,有时又称为储氢电池。其具有能量高,充放电性能好,可随充随放、快充深放,无记忆效应,不含镉、铅、汞等有害物质,对环境无污染,属于绿色电池。充电要求恒流充电。1.4 锂离子电池锂离子电池是继镍氢电池后研发的一种新型二次电池。具有能量密度大、电压高,放电曲线平稳,自放电率低,循环

5、寿命长,无记忆效应,无污染,容易实现小型化、袖珍化,但成本较高。充电要求以恒流转恒压方式进行充电。通过对上述几种主要二次电池的比较,既考虑到电动车的工况、又考虑到环境、价格等因数,铅酸蓄电池应该是电动车电池的首选。2、常规充电方法12.1 恒流充电法和准恒流充电法恒流充电法是指:蓄电池在充电过程中,充电电流始终保持不变的充电方法。采用此法对蓄电池充电需要一个直流恒流电源,即恒流充电器。该充电法虽然具有较高的充电效率,但由于直流恒流电源制造成本高,并且制造高精度直流恒流电源难度更大,所以在实际工作中,恒流充电 采用很少。准恒流充电法:是通过在直流电源和电池之间串联上一个电位器,以增加电路内阻来产

6、生恒定电流。具有结构简单、成本低廉的特点。若仅从时间上考虑,采用此法是有利的。但实际情况不是这样的,因为在充电后期若充电电流仍不变,这时由于大部分电流用于电解水上,导致析氢、析氧现象严重,电解液温度急剧上升,这不仅消耗电能,而且容易使极板上的活性物质大量脱落,造成极板弯曲,蓄电池容量迅速下降等而提前报废。所以,这两种充电方法不适合电动车用蓄电池的充电。2.2 恒压充电法和有固定电阻的恒压充电恒压充电法是指:蓄电池在充电过程中,充电电压始终保持不变的充电方法。恒压充电法存在的问题:充电初期充电电流相当大,大大超过正常的充电电流值;充电后期,当蓄电池端电压和充电电源电压接近或相等时,充电电流减至最

7、小甚至为零。虽然采用恒压充电法可以避免充电后期充电电流过大而造成极板活性物质脱落和电能的损失,但存在充电初期充电电流过大,电极活性物质体积变化收缩太快,影响活性物质的机械强度,致使其脱落的致命不足。几年前,国内的电动车生产厂家很多都是采用该充电方式。经过不断的实践探索,发现该充电方法虽然可以用于电动车用铅酸蓄电池的充电,但不是很理想。2.3 阶段等流充电法阶段恒流充电法是指:蓄电池在充电初期用较大的电流,经过一段时间改用较小的电流,至充电后期改用更小的电流,即不同阶段内以不同的电流进行恒流充电的方法。阶段恒流充电法,一般可分为两阶段进行,也可分为多阶段进行。阶段等流充电法所需充电时间较短,充电

8、效果较好。可减少气泡对极板活性物质的冲刷,减少活性物质的脱落,可适当延长蓄电池使用寿命,可节省一定的电能,是当前常用的一种充电方法。2.4 阶段等压充电法 阶段等压充电法是指:蓄电池在不同的充电阶段,采用不同的充电电源电压的充电方法。阶段等压充电法克服了一般恒压充电法的缺点,发扬了一般恒压充电法的优点。阶段等压充电法,一般可分为两阶段进行,也可分为多阶段进行。该充电方式能有效地避免蓄电池过充。虽不是很完善,但在目前的电动车蓄电池充电中,时有采用。2.5 浮充电法间歇使用的蓄电池或仅在交流电停电时才使用的蓄电池,其充电方式为浮充电式。一些特殊场合使用的固定型蓄电池一般均采用浮充电方法对蓄电池进行

9、充电。显然该充电方式作为电动车用蓄电池的充电方式不合适。3、快速充电方法2蓄电池的快速充电方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的,目的就是使其充电曲线尽可能地逼近最佳充电曲线。目前比较流行的快速充电方法有:3.1 脉冲式充电法脉冲式充电方法是:首先采用脉冲电流对电池充电,然后让电池停充一段时间,如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量,而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉,使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除,从而减轻了蓄电池的内压,使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行,使蓄电池可以吸收更多的电量。目前,脉冲式充电法具有许多的分支,有着较广泛的应用,但结构较复杂,成本较

10、高。3.2 Reflex TM 快速充电法这种充电技术是美国的一项专利技术,它主要是针对镍镉电池而言的,解决了镍镉电池的记忆效应,虽然对铅酸电池有很大的借鉴作用,但还是有较大的差别。因为电动车主要采用密闭式铅酸电池,所以此法对电动车电池充电并不合适。3.3 变电流间歇充电法这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上,克服了恒流充电和脉冲充电各自的缺点,将两者的优点结合起来了,是一种比较好的充电方法,但是较复杂。3.4 变电压间歇充电法这种充电方法是在变电流间歇充电法的基础上发展起来的,与变电流间歇充电法不同之处在于第一阶段的不是间歇电流,而是间歇电压。在每个恒压阶段,由于是恒压充电,充电电流

11、自然按照指数规律下降,符合蓄电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。且变电压比变电流更加方便、更加容易实现,但成本较高。3.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法综合脉冲充电法、Reflex TM 快速充电法、变电流间歇充电法和变电压间歇充电法的优点,变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法得到发展应用。该方式电路较复杂,成本较高,用于电动车电池充电暂且不合适。4、电动车用铅酸蓄电池理想充电方法的探讨三阶段充电法目前有的电动车蓄电池充电采用阶段恒流充电法。如:有的采用恒流两阶段充电法,有的采用恒流一阶段充电法。但这两种充电法在充电过程中,都存在远离充电电流接受率曲线的现象,通过理论推导和实践证明:三阶段充电法更符合电动车充电的要求。三阶段充电法是恒流充电法和恒压充电法相结合的方式。它克服了两者的缺点,发扬了两者的优点。具体过程如下:充电开始和结束阶段采用恒流充电,中间阶段采用恒压充电。蓄电池在充电初期采用较大的电流,经过一段时间后改为恒压充电,当电流衰减到预定值时,由第二阶段切换到第三阶段。采用三阶段充电法的优点是:避免了恒压充电法开始充电电流过大,而后期电流又过小的情况,与两阶段等流充电法相比在中间阶段更接近充电电流接受率曲线。这种充电法减少了充电出气量,充电既彻底,又延长了蓄电池使用寿命。该方法的关键是:控制好三个充电阶段的时间。三阶段充电法充