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电动汽车电池充电平衡规则

时间:2016-07-22 11:23 来源:电工之家 手机版

电动汽车电池充电平衡规则
 所有电池都存在一个共同的问题,即电流下降时,蓄电池中不同的电池单元损失的电量也不相同。这种观点乍看起来是错误的,因为蓄电池是由多个电池单元串联组合而成的,同时流经每个电池单元的电流也确实是相等的。但是不同电池单元损失的电量并不会因为放电电流的不同而不同(实际上各电池单元内在放电时电流确实是相等的)。事实上,各电池单元损失电量的差异是由于不同的电池单元内以不同的速率进行的自放电效应而产生的。关于自放电效应我们已经在铅酸蓄电池内容中阐述过。这种现象是由于电池生产差异造成的,同时也受温度变化的影响;蓄电池中的电池单元不会达到相同的温度。
  所以,如果通常情况下电池损失了50%的电量,那么,一些电池单元中的电量损失会略大于此,比如52%,而另外一些电池也许会损失得更多,比如60%。如果优质蓄电池充足电的话,电池更易于自放电,所以不易完全充满。表2.9表明了这种影响。
电动汽车电池充电平衡规则
  电池A完成充电20%-80%的循环,这是比较令人满意的。然而,电池B的电量 越来越低,在经过几次循环之后,电动汽车电池电量将相当低而最终变成失效。如果蓄电池中有一个电池单元像这样完全耗完电,那么蓄电池的电压将急剧下降,因为没有电量的电池单元仅仅相当于一个电阻,使蓄电池的整体输出电压降低。如果蓄电池中电流继续下降,这个电池肯定会被严重损坏,因为当由工作电流试图向此电池以“错误方式”充电时,电池受到此驱动电流的影响。由于蓄电池是个串联电路,那么一个电池单元损坏会毁掉整个蓄电池。这种影响很可能就是蓄电池过早失效的主要原因。
  若想阻止上述情况的发生,需将蓄电池完全充满电,直至每个电池单元在规定的时间间隔内都能达到满电状态(被称为充电平衡过程)。这样一来,一些电池单元难免会在几个小时里一直处于过充电状态。因为绝大多数电池都完成了充电后,仍必须持续向蓄电池供电,以保证易于自放电的电池也能被充到完全满电状态。
  这就是为什么对电池单元来说能够处理过充电是很重要的。我们了解,电池过充电时只允许有限的电流输入,一般约为C/10。正因如此,使所有电池都达到满电状态的最后阶段不可能在短时间内完成。这也解释了为什么电池完全充满电所需的时间远大于接近充满电状态所需的时间,充电的最后阶段要缓慢完成。这还说明优质蓄电池充电器的复杂性,以及电池充电过程中充电效率低于100%的原因。图2.12表明了这个过程,图中引用的示例未能与表2.9中的数据相吻合。不同于表2.9,图2. 12所示的电池通过确保任一电池单元在完全亏电之前即进行充电平衡,从而使蓄电池得以“挽救”,可以保存电量。
电动汽车电池充电平衡规则
  迄今为止,我们已经通过采用充电平衡过程使所有电池都达到满电。不过,从理论上说,在充电过程中的任意时刻,电荷在电池间移动,从多电电池移向少电电池的过程使蓄电池中的任一电池都达到等电量的状态。但是,在锂基电池中,通过在蓄电池系统中增加回路的方法更容易达到电量平衡,而且已经投入到实际应用中。Chou等(2001)具体描述了这种电池管理系统。
  蓄电池中,一些电池单元的放电量渐渐大于其他电池是有关蓄电池维护的一个重要问题。在以下两种特定情况中,更需注意这个问题。
  (1)随机充电:一些使用者可以使少量电荷返回到蓄电池中,如停车时用充电器向蓄电池进行短时间充电。这种做法可以起到一定的作用,但是使用者必须确保经常对蓄电池进行长时间的完全充电,使所有电池都达到100%满电状态。
  (2)混合动力电动汽车:在这些车辆中,蓄电池通常不必完全充满电,因为蓄电池可以经常从再生制动过程中吸收能量。不过,这个过程需谨慎完成,而且蓄电池管理系统必须定期地运行蓄电池充电过程,使所有电池单元能平衡到100%充满电状态。
  此处提及的蓄电池充电问题适用于所有电池类型。不过,对于具有高自放电速率的蓄电池来说更为重要,比如铅酸蓄电池。在应用于电子产品的小型单体电池中,这种问题没那么重要。