最优频率控制的电池脉冲充电技术
锂离子电池脉冲优化充电法的研究
Abstract: The charging time and lifespan of lithium-ion batteries have been the bottleneck for the tremendous application of electric vehicles. The conventional fast charging algorithms may shorten the cycle life of lithium-ion batteries. The polarization voltage is the external representation of the effect of charging current on the internal electrochemical reaction of the battery. The excessive polarization voltage during charging process can shorten the lifespan of lithium-ion batteries. An optimal charging strategy using pulse charging to mitigate the accumulation of polarization voltage was established, and the amplitude, frequency and duty ratio of the optimized charging current pulse were obtained. The charging current magnitude adjustment strategy along with battery aging was proposed based on constant polarization. The experiment results indicate that the proposed pulse charging mode can improve the charging speed without sacrificing battery life. Key words: lithium-ion battery; pulse charging; polarization voltage; charging rate; battery life
脉冲充电器原理
脉冲充电器原理脉冲充电器是一种高效、节能的充电设备，它利用脉冲技术对电池进行充电，相比传统充电方式，脉冲充电器具有更快的充电速度和更长的电池使用寿命。
那么，脉冲充电器的原理是什么呢？首先，我们来了解一下脉冲充电器的工作原理。
脉冲充电器通过控制充电电流和电压的脉冲信号，使电池在充电过程中不断地进行充放电循环，以达到更高效的充电效果。
在脉冲充电器中，通过改变充电电流和电压的脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数，来控制电池的充电过程，从而实现更快速、更高效的充电效果。
其次，脉冲充电器的原理主要包括脉冲充电、脉冲放电和脉冲调制等几个方面。
脉冲充电是指在充电过程中，通过脉冲信号控制充电电流和电压的变化，使电池在短时间内吸收更多的电能，从而实现快速充电的效果。
脉冲放电则是在充电完成后，通过脉冲信号控制放电电流和电压的变化，使电池在放电过程中能够释放更多的电能，从而提高电池的使用寿命。
脉冲调制则是通过改变脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数，来控制充电过程中的电流和电压变化，从而实现更精准的充电控制。
此外，脉冲充电器的原理还涉及到脉冲充电器的控制电路和控制算法。
脉冲充电器的控制电路主要包括脉冲发生器、脉冲调制器、功率放大器等部分，通过这些电路来实现对充电电流和电压的精确控制。
而脉冲充电器的控制算法则是通过对脉冲信号的频率、占空比和幅值等参数进行精确计算和控制，来实现对充电过程的精准调控。
总的来说，脉冲充电器的原理是通过控制充电电流和电压的脉冲信号，来实现对电池充电过程的精确控制，从而实现更快速、更高效的充电效果。
脉冲充电器的原理涉及到脉冲充电、脉冲放电、脉冲调制、控制电路和控制算法等几个方面，通过这些方面的精确控制和调节，实现对电池充电过程的优化，从而提高充电效率和延长电池使用寿命。
一种提高锂电池脉冲充电能量利用率的方法
一种提高锂电池脉冲充电能量利用率的方法提高锂电池脉冲充电能量利用率的方法随着移动互联网、智能家居等智能化产品不断涌现，电子设备的使用频率和依赖性都大大增加。
因此，更好的电池性能和电池续航能力成为人们追求的目标。
锂电池因其高能量密度、轻量化、长寿命等优点被广泛应用。
在锂电池的充电过程中，脉冲充电方法的应用与日俱增，并在电池充电过程中起到了必不可少的作用。
但是，在脉冲充电方法中，存在很多影响充电效率的因素，这些因素会降低锂电池脉冲充电的能量利用率。
本文将探讨一些提高锂电池脉冲充电能量利用率的方法。
1.优化脉冲充电参数脉冲充电参数的优化是提高锂电池脉冲充电利用率的重要方法。
在实际应用中，应根据电池类型、充电器性能、充电需求等因素不断调整脉冲充电参数，以达到最佳的充电效果。
（1）脉冲充电电流脉冲充电电流是影响锂电池充电效果的重要因素。
在脉冲充电过程中，过大的脉冲电流会引起电池内部的过度加热，从而影响电池寿命和充电效率。
而过小的脉冲电流则会造成电池内部的局部电化学反应不充分，降低充电效率。
因此，在选择脉冲充电电流时应在电池能够承受的范围内选择最优值。
（2）脉冲充电周期脉冲充电周期是脉冲充电过程中另一个重要的参数。
过短的脉冲充电周期会造成能量浪费，过长的脉冲充电周期会在某些情况下导致电池内部的局部反应不充分，影响脉冲充电的效果。
根据电池的具体情况，应该在脉冲充电周期与充电效率之间寻找最佳平衡点，从而使得电池脉冲充电的效果得以优化。
（3）脉冲充电时间脉冲充电时间也是影响脉冲充电效果的一个关键因素。
过短的脉冲充电时间会使得电池内部反应还未充分结束，同时也会增加电池内部的电阻。
而过长的脉冲充电时间会否则会造成电池内部电能的过多损耗，从而影响电池的寿命。
因此，在进行脉冲充电时，应该选择最佳的充电时间参数，以达到最优的充电效果。
2.控制充电温度温度会直接影响电池充电效果和寿命。
过高的充电温度会造成电池内部反应加速，增加不稳定性和损耗。
电动车铅酸蓄电池的脉冲快速充电设计
电动车铅酸蓄电池的脉冲快速充电设计摘要：对快速充电原理进行了阐述，针对蓄电池充电过程中出现的种种问题，采用了分级定电流的脉冲快速充电方案，提出了充电器的硬件电路和控制软件的设计方案。
该充电方案对充分发挥蓄电池的功效，提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，延长蓄电池的使用寿命具有重要意义。
关键词：电动车；铅酸蓄电池；脉冲快速充电引言以动力蓄电池为能源的电动车被认为是21世纪的绿色工程，它的出现将汽车工业的发展带入了一个全新的领域。
目前，电动车核心部件中的电动机、控制器和车体三大部件在理论和技术上已较为成熟，而另两大部件蓄电池、充电器的发展还不能满足电动车的要求，有一些理论和技术问题还有待攻关，现已成为影响电动交通工具发展的瓶颈。
目前，我国的电动车用动力蓄电池大多为铅酸蓄电池，这主要是由于铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等优点。
当然，也有一些高性能电池，比如锂电池、燃料电池等。
锂离子电池电动车在深圳已投入试运营，由上海研制的第二代燃料电池轿车"超越二号"也于2004年5月在北京的国际氢能大会上露面，但都还未能得到广泛的推广应用。
虽然近年来蓄电池自身的技术有了不小的进步，但作为其能量再次补充的充电器的发展非常缓慢，传统的常规充电时间过长，快速充电技术至今仍未能完全解决，严重地制约着电动车的发展。
自铅酸蓄电池问世以来，由于各种技术条件的限制，所采用的充电方法均未能遵从电池内部的物理化学规律，使整个充电过程存在着严重的过充电和析气等现象，充电效率低。
电动车用动力蓄电池与一般蓄电池还有所不同，它以较长时间中等电流持续放电为主，间或以大电流放电，用于起动、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工作状态。
因此，对电动车用动力蓄电池的快速充电提出了不同于常规电池的要求，它必须具有充电时间短、对蓄电池使用寿命影响小以及充满电判断准确的特点。
pwm脉冲的应用场景 -回复
pwm脉冲的应用场景-回复PWM脉冲的应用场景PWM（脉宽调制）脉冲是一种调制技术，通过改变脉冲的宽度来控制特定设备或电路的输出功率。
PWM脉冲广泛应用于各种电子设备和系统中，涵盖了多个领域和行业。
本文将详细介绍PWM脉冲的应用场景，并逐步解释其在各个领域的应用。
第一部分：工业自动化在工业自动化领域，PWM脉冲广泛应用于电机控制，如交流电机、直流电机以及步进电机。
通过调整PWM脉冲的宽度，可以控制电机的转速和转向。
这种精确的控制使得电机可以在不同的工作环境和负载下运行，提高了生产效率和准确度。
另外，PWM脉冲还被用于控制工厂机械设备的开关和阀门。
通过不同的PWM脉冲宽度，可以精确地控制设备的启动和停止，以及工艺参数的调节，例如温度、压力和流量等。
这种控制方式可以实现快速响应和高效运作，提高了生产线的自动化水平。
第二部分：能源管理在能源管理领域，PWM脉冲被广泛用于太阳能和风能发电系统中。
通过PWM脉冲的频率和宽度调节，可以控制光伏电池组或风力发电机的输出电压和电流。
这样可以实现最大功率点追踪（MPPT），提高能源转换效率，并确保系统的稳定工作。
此外，PWM脉冲还用于电池充放电管理系统。
通过调整PWM脉冲的宽度，可以实现精确的电池充电和放电控制，避免过充和过放现象，延长电池的使用寿命。
在电动车和混合动力车辆中，PWM脉冲还可以用于电池充电和动力控制，提高车辆的能源利用率和性能。
第三部分：通信系统PWM脉冲在通信系统中也有广泛的应用。
例如，蓝牙和无线局域网（WLAN）等无线通信协议中的调制信号就是基于PWM技术。
通过改变PWM脉冲的宽度，可以调制和解调数字信号，实现无线数据的传输和接收。
另外，PWM脉冲还可以用于有线通信系统中的编码和解码。
例如，以太网中的以太网物理层（PHY）控制器使用PWM脉冲编码（PAM）来转换数字数据信号为模拟电信号，以及将模拟电信号转换为数字数据信号。
这种编码技术可以实现高速数据传输和抗干扰能力。
脉冲充电器的原理
脉冲充电器的原理
脉冲充电器是一种通过短时间的高功率脉冲电流进行充电的装置，其原理如下：
1. 脉冲产生：脉冲充电器通常使用电子开关装置（如三极管、MOSFET等）来产生高频脉冲信号。
这些开关以一定的频率
开关和关闭，产生周期性的脉冲信号。
2. 变压器：脉冲信号经过电子开关后，输入到一个变压器中进行变压变流。
变压器通常采用高频变压器，其工作在高频率范围内，能够有效减小体积和提高效率。
3. 整流滤波：通过变压器变换后的高频脉冲信号，在输出端经过整流装置进行整流，将交流信号转换为直流信号。
接着，通过滤波电容进行滤波，使得输出信号更加稳定。
4. 控制系统：脉冲充电器通常配备一个控制系统，用于控制脉冲充电器的工作频率、脉冲宽度和充电电流等参数。
控制系统可以根据电池的状态和需求进行调整，以达到最佳的充电效果。
5. 充电电池：最后，经过整流和滤波的电流被输入到需要充电的电池中。
由于脉冲充电器的特点是短时间大功率充电，因此可以更快地将电池充满。
总的来说，脉冲充电器利用高频脉冲信号和变压变流技术，通过控制系统对充电参数进行调整，以高效、高频率地将电能输入到需要充电的电池中，实现快速充电效果。
pwm充电原理
pwm充电原理
PWM充电原理是一种通过调节电流和电压的工作周期来实现电池充电的方法。
PWM代表脉冲宽度调制，它是一种调制技术，通过改变脉冲的宽度来控制电流或电压的大小。
在PWM充电器中，输入的直流电源首先经过一个整流桥，将交流电转换为直流电。
然后，通过一个电源电路，将直流电源连接到电池进行充电。
PWM充电器中的关键部件是PWM控制器。
它通过控制开关元件（通常是MOSFET）的开关状态和开关频率，来调节输出电流和电压的大小。
PWM控制器会根据充电需求和电池状态，输出一系列的脉冲信号。
这些脉冲信号会经过滤波电路，消除掉脉冲中的高频分量，并提供一个平稳的输出电流。
滤波后的信号会传递给电池，使其充电。
PWM充电器可以通过调节脉冲的宽度和频率来控制充电电流和电压的大小。
一般来说，当电池电量较低时，PWM充电器会以较大的脉冲宽度和较高的频率输出，以提供更大的充电电流。
而当电池电量接近充满时，PWM充电器会减小脉冲宽度和降低频率，以减小充电电流。
这种调节充电电流和电压的方法，可以有效地控制充电过程，提高充电效率，同时避免电池过充或过放。
由于PWM充电器
可以根据充电需求和电池状态动态调整输出信号，因此它在电池充电应用中得到了广泛应用。
PWM技术概述
脉冲宽度调制编辑PWM即脉冲宽度调制。
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
1简介2背景介绍3基本原理4谐波频谱5具体过程6优点7控制方法8应用领域9具体应用简介编辑脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS 管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
背景介绍编辑随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。
9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。
与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。
模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V,5V}这一集合中取值。
模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。
脉冲充电器原理
脉冲充电器原理脉冲充电器是一种特殊类型的充电器，它利用高频脉冲电流来实现快速充电和维护电池的性能。
本文将详细介绍脉冲充电器的原理，并分析其工作过程和优势。
脉冲充电器的原理非常简单，它通过将直流电源的电流转换为高频脉冲电流，然后将这些脉冲电流传输到电池中进行充电。
脉冲电流的特点是可以快速提供电能，同时可以使电池内部的化学反应更加均匀，从而提高电池的充放电效率和寿命。
脉冲充电器的工作过程可用以下步骤来描述：1.直流电源：脉冲充电器需要一个稳定的直流电源作为输入，常见的直流电源有交流电变压器转换的直流电源和蓄电池等。
2.高频脉冲发生器：直流电源经过稳压和滤波等电路处理后，进入高频脉冲发生器。
高频脉冲发生器是脉冲充电器的核心部件，它能够将直流电源的电流转换为高频脉冲电流。
高频脉冲发生器通常由晶体管、电容和电感等组成。
3.调制电路：高频脉冲发生器输出的脉冲电流被送入调制电路。
调制电路可以根据电池的状态和需求来调整脉冲电流的频率、时间和幅度等参数。
通过合理调整这些参数，可以最大限度地实现电池的充电效果。
4.传输电路：调制后的脉冲电流通过传输电路送到电池中进行充电。
传输电路通常包括导线、连接器和保护装置等，它们的设计和选材对脉冲电流传输的稳定性和效率具有重要影响。
5.充电控制电路：脉冲充电器还需要一个充电控制电路来监控电池的充电状态和保护电池的安全。
充电控制电路通常由微控制器或专用集成电路等组成，它能够实时监测电池的电压、电流和温度等参数，并根据设定的保护规则来调整充电过程。
脉冲充电器相比传统的恒流、恒压充电器具有几个明显的优势：1.快速充电：脉冲充电器利用高频脉冲电流，可以更快地将电能传输到电池中，实现快速充电。
相比于传统充电器的充电速度，脉冲充电器可以将充电时间大大缩短。
2.均匀充电：脉冲充电器能够通过调节脉冲电流的频率、时间和幅度等参数，使电池内部的化学反应更加均匀。
这样可以避免电池出现极化现象，提高充电效率。
脉冲充电器原理
脉冲充电器原理脉冲充电器是一种常见的充电设备，它利用脉冲充电的方式来为电池充电。
脉冲充电器的原理是利用高频脉冲来改变电池内部的化学反应，从而提高充电效率和延长电池寿命。
本文将详细介绍脉冲充电器的原理及其工作过程。
脉冲充电器的原理主要包括脉冲充电技术和电池内部化学反应。
首先，脉冲充电技术是指将直流电源转换为高频脉冲电流，通过控制脉冲的频率、占空比和幅值来实现对电池的充电。
其次，电池内部的化学反应是指在充电过程中，电池内部的正负极发生化学反应，将电能转化为化学能储存起来。
脉冲充电器的工作过程可以分为几个步骤。
首先，当电池接入脉冲充电器时，充电器会将直流电源转换为高频脉冲电流，然后将脉冲电流传输到电池中。
接着，脉冲电流会改变电池内部的化学反应，促进电池内部的离子迁移和化学物质的转化。
最后，经过一段时间的充电，电池达到充满状态，脉冲充电器会停止工作，以避免过充和损坏电池。
脉冲充电器的原理具有许多优点。
首先，脉冲充电器可以提高充电效率，缩短充电时间，节省能源。
其次，脉冲充电器可以延长电池寿命，减少电池的自放电率，提高电池的循环寿命。
此外，脉冲充电器还可以修复部分老化电池，恢复其电化学性能。
在实际应用中，脉冲充电器的原理被广泛应用于各种类型的电池充电，如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。
脉冲充电器不仅可以用于家用电器、汽车电池的充电，还可以用于太阳能电池板、风力发电系统的储能充电。
总之，脉冲充电器的原理是利用高频脉冲来改变电池内部的化学反应，提高充电效率和延长电池寿命。
脉冲充电器的工作过程包括脉冲充电技术和电池内部化学反应。
脉冲充电器的原理具有许多优点，被广泛应用于各种类型的电池充电。
希望本文能够对脉冲充电器的原理有所了解，并能在实际应用中发挥作用。
电动汽车动力电池智能充电频率的研究
ＣＨＥＮ Ｘｉ ＡＯ Ｍｉ ， ＡＮ ｉｎ ｔｎ ｎ ，Ｔ ｎ Ｐ Ｔａ －ａ ｇ
（．ｈ ｎｚｏ ｓｔｔ ｏ Ｍｅｈｔ ｎｃＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｎｚｏ １ １ ， ｈｎ ； １ ａ ｇｈ ｕＩ ｔｕｅ ｆ ｃａｒ ｉ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ｕ２ ３ ６ Ｃ ｉａ Ｃ ｎ ｉ ｏ ｏ ４
摘要： 为满足 电动汽车 日益发展 的需要 ， 其动 力能源一 蓄 电池 的充 电技 术必须能够 实现快速 、 高效、 无损 的充
电 ， 用 变 电流 最 优 频 率 控 制 的脉 冲 充 电 方 法 ， 采 实现 电动 汽 车 动 力 蓄 电 池 的 智 能 充 电 。针 对 最优 频 率做 了交 流 阻抗 的 实验 ， 现 脉 冲 充 电过 程 蓄 电 池 阻抗 一 频 率 关 系， 再 实现 蓄 电池 的 内部 阻 抗 在 充 电过 程 中与 充 电 系统
的输 出阻抗 匹配 ， 找到 电动汽车动 力电池充 电过程 阻抗 最小对应的频率段 ， ： 冲充电过程的最优频率段 ， 即 脉
为 脉 冲 充 电过 程 的频 率控 制提 供 基 本 策略 。
关键词 ： 电动 汽 车 ； 力 蓄 电 池 ； 能 充 电 ； 动 智 最优 频 率 ；交流 阻抗
２ Ｃ ｉａＳ ｔｌｔ Ｍａ ｔ ｅＴ ａ ｋｎ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅ ａｔ ｅ ｔ Ｊ ｎ ｙｎ２ ４ ０ ，Ｃ ｉａ ． ｈ ａｅ ｉ ｒ ｉ ｒｃ ｉｇａ ｄ Ｃ ｎｒ ｐ ｒ ｎ ， ｉ ｇ ｉ １ ０ ｈｎ ） ｎ ｌｅ ｉ ｍ ｏＤ ｍ ａ
PWM控制充电
PWM控制充电PWM技术在单片机控制智能充电器中的应用(转)介绍了PWM 技术的基本原理，并详细介绍了在智能充电器中采用的PWM技术的方法和其优缺点，并针对问题提出了更加合理的解决方案,本文介绍的方法主要面向镍氢和镍镉电池充电器等应用PWM技术的基本原理随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM 法、线电压控制PWM等，而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。
它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
PWM技术的具体应用PWM软件法控制充电电流本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。
本方法所要求的单片机必须具有AD C端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。
在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PW M的占空比。
在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。
软件PWM法具有以下优缺点。
优点：简化了PWM的硬件电路，降低了硬件的成本。
利用软件PWM不用外部的硬件PWM和电压比较器，只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围电路。
可控制涓流大小。
在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小，并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较，以决定PWM占空比的调整方向。
最优频率控制的电池脉冲充电技术
第 １ 期 １
重 庆 工 学 院 学 报（ 自然科学）
Ｊｕｎｌ ｆ ｈｎｑｎ ｓｔ ｅｏ Ｔｃｎｌ ｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ） ｏｒａ ｏ ｏｇｉ Ｉ ｔｕ ｆ ｅｈｏ ｇ （ ａ ｒ ｃ ｎｅ Ｃ ｇ ｎ ｉｔ ｏ ｕ ｌ ｅ
２０ ０ ８年 １ １月
Ｎｏ ｖ．２ ０ ０８
有效 容量 将 大 大 提 高 ． 于 副 反 应 很 小 或 几 乎 不 由 存在 ， 电池 的循 环 使用 寿命 也 将 提 高 ． 当电 池充 电 停止 时 ， 电池 的欧姆 极 化 消失 ， 浓差 极 化 和 电化 极 化也 逐渐 减弱 ， 电副 反应 也 随之 停止 ． 于铅 酸 充 对 蓄 电池若 能在 充 电过程 中为 其 提供 一 条 放 电通 道
在动力 电 池充 电 系统 中 ， 了得 到 更 好 的充 为
电性 能 ， 以前 提 出 了很 多 充 电方 法 ， 恒 流 （ Ｃ 如 Ｃ ， Ｃ ｎｔ ｔ ｕｒｎ） 电法 、 压 （ Ｖ， ｏｓ ｎ ｖｌ ｇ ） ｏ ｓ ｎ ｃｒ ｔ充 ａ ｅ 恒 Ｃ Ｃ ｎｔ ｔ ｏ ａｅ ａ ｔ
＊
ｓ ｏ ｓ ｏ ｔｅ ｅｅ ｔｉ ｅ ｉｌ ａｔｒ ｈ ｒ ｅ，ｂ ｉｄ ｈ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ ａ ｄ ｌａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｔ ｏ ｋｎ ｐ ｎ ｅ ｔ ｈ ｌｃｒｃ ｖ ｈ ｃｅ ｂ ｔ ｙ ｃ ａ ｇ ｅ ｕｌ ｓｔｅ ｂ ｓｃ ｍａｈ ｍａｉ ｌｍｏ ｅ ｎ ｎ ｚ ｓｉ ｗ ｒ ｉｇ ｃ ｌ ｓ ｐ ｎ ｉｌｓ．Ｒｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔｅ ｏ ｔ ｕ ｏ ｒｒ ａ ｈ ｓｉｓｐ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｕ ｐｙ ｍａｃ ｅ ａｔｒ ｉ ｒ ｃｐｅ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔａ ｈ ｕｐ ｔｐ ｗｅ ｅ ｃ ｅ ｔ ｅ ｋ ａ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ｔｈ ｓ ｂ ｔ ｙ．Ｔｈ ｒ － ｓ ｎ ｅ ｅ６ ｆｒ ｏｅ，ｃ ｍｐ ｒｄ ｗ ｔ ｈ ｒｄｔｏ ａ ｔｏ ｆｃ ａｇｎ ｏ ａｅ ｉｈ ｔ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｈ ｒｉ ｇ，ｔ ｓｍｅｈ ｄ ｎ ｔｏ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ｆ ｃｅ ｃ ｆｔ ｅ ｉ ｌ ｈｉ ｔ ｏ ｏ ｎｙ ｉ ｒｖ ｓｔ ｅｅ ｉｎ ｙｏ ｈ ｉ ｃ ａｇ ｕ ｌｏ ｓ ｅ ｄ ｕ ｈ ａｅ ｏ ｅ ｈ ｒ ｅ． ｈ ｒｅ ｂ ｔａｓ ｐ ｅ ｐ ｔ ｅ ｒｔ ｆｒｃ ａ ｇ Ｋｅ ｒ ｓ：ｐ ｌｅ ｃ ａ ｇｎ ｏ ｔｍａ ｈ ｒ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ； ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｕ ｓ ｈ ｒ ｉｇ； ｐ ｉ ｌｃ ａｇ ｒ ｑ ｅ ｃ ＡＣ ｉ ｅ ａ ｃ
【热管理】锂离子电池脉冲频率优化的低温预热
摘要: 针对低温环境下，由于锂离子电池内阻增加所带来的充电能力下降问题，依据锂离子电池极化内阻产热分析，提出采用变频脉冲激励的方法实现电池的低温预热。
建立锂离子电池等效电路和内阻产热相结合的热电耦合模型，在此基础上推导了脉冲激励预热过程中，锂离子电池温升的计算方法。
根据不同温度下锂离子电池的电化学阻抗谱( EIS) 测试结果，以当前温度下锂离子电池的最大预热功率作为目标，实时计算不同温度下的最佳脉冲频率。
实验结果表明，应用所提脉冲频率优化的预热策略，锂离子电池从－20 ℃预热至 5 ℃用时 368 s。
25 次预热循环结束后，锂离子电池容量衰减仅为 0． 16% 。
电化学阻抗谱分析结果证明，所提方法在预热过程没有促进电池内部副反应的进程。
0 引言在低温环境下，锂离子电池内阻增大且容量降低，电池内部锂离子嵌入石墨负极过程受阻［1］。
长期在低温环境下进行充放电，会导致电池内部可移动锂离子数量减少，部分锂离子被还原为锂金属，形成锂枝晶沉着于石墨负极表面，导致电池容量快速降低［2］。
而且随着锂离子数量的减少，锂枝晶逐渐生长并刺穿隔膜，导致电池发生内短路，加速电池寿命衰减，甚至会引发安全事故［3］。
因此，在低温环境下，对锂离子电池进行快速预热，是提升锂离子电池可用容量和工作安全性的重要手段。
现阶段常见的电池低温预热方法主要分为外部加热、内部加热和内外部结合加热三种［4］。
其中，外部加热方法主要利用电池组之外的热源与电池形成热对流或热传导以提升电池温度，主要包括空气对流加热、液体加热和加热膜加热。
但该方法存在能量利用率低、电池组温度分布不均匀的缺点。
雷治国等［5］采用宽线金属膜加热方法对－ 40 ℃下的锰酸锂离子电池组加热，加热后电池组的充放电性能显著提升。
但由于电动汽车的动力电池均以串联或并联的形式排列，在利用宽线金属膜加热时易导致电池组温度分布不均匀。
Tao Zhu 等［6］基于磷酸铁锂离子电池模型，在成本最小化的原则下优化目标预热温度，通过液体加热方式将电池从－10 ℃加热至2 ℃，但液体加热导致了温度的梯度变化，影响电池组温度均匀性。
脉冲充电器原理
脉冲充电器原理
脉冲充电器是一种利用脉冲充电技术进行电池充电的装置。
其原理是通过控制脉冲的形状、幅度和频率，以提高电池的充电效率、延长电池寿命，并在一些情况下恢复部分已经损坏的电池。
以下是脉冲充电器的基本工作原理：
1.脉冲形状控制：充电器生成一系列脉冲，包括脉冲的形状（波
形）、幅度（电压）和频率（脉冲的数量和时间间隔）等参数。
这些参数的选择通常取决于电池的类型和状态。
2.脉冲幅度控制：脉冲的幅度控制是指脉冲的电压水平。
通过调
整脉冲的电压，可以控制电流的流入电池。
较高的脉冲电压有
助于电池中的氧化还原反应，提高电池的充电效率。
3.脉冲频率控制：脉冲的频率是指每秒内脉冲的数量。
通过调整
脉冲的频率，可以在脉冲之间给电池足够的时间来平稳充电，
有助于电池内部的化学反应。
4.脉冲宽度控制：脉冲的宽度是指每个脉冲的时间长度。
控制脉
冲宽度可以影响电流的平均值，从而影响电池的充电速度。
5.反馈控制：先进的脉冲充电器通常包括反馈机制，监测电池的
状态并根据需要调整脉冲的参数。
这可以实现更智能、更适应
电池状态的充电过程。
脉冲充电器的优势在于它们可以提高充电效率，减轻充电时对电池的冲击，降低电池温升，延长电池寿命。
它们通常用于深度放电电池、铅酸蓄电池等需要特殊充电方式的电池类型。
脉冲式充电法
脉冲式充电法脉冲式充电法是一种常用的电池充电方法，它利用脉冲信号来对电池进行充放电控制。
这种充电方法具有高效、快速、精确控制充电电流等特点，在电池充电领域得到了广泛应用。
脉冲式充电法的工作原理是通过周期性的脉冲信号来控制充电电流的流动。
充电过程中，电池会不断地被脉冲信号充放电，以达到所需的充电状态。
脉冲信号的特点是短时间内电流达到峰值，然后迅速下降到较低的电流或者停止流动。
这种周期性的脉冲充放电过程，可以有效地控制电池的充电状态，提高充电效率。
脉冲式充电法的优点之一是能够提高电池的充电效率。
传统的恒流充电方式存在充电效率低、时间长等问题，而脉冲式充电法可以在短时间内将电池充满，大大缩短了充电时间。
此外，脉冲式充电法还可以降低电池的充电温度，减少电池的损耗，延长电池的使用寿命。
脉冲式充电法还具有精确控制充电电流的特点。
通过调节脉冲信号的频率、宽度和幅度等参数，可以精确地控制充电电流的大小和变化规律。
这对于不同类型的电池和不同充电需求的设备来说非常重要，可以确保电池充电过程的安全稳定。
脉冲式充电法的应用非常广泛。
在电动车、手机、笔记本电脑等消费电子产品中，脉冲式充电法被广泛应用于电池的充电过程，可以提高充电效率，延长电池寿命。
同时，在工业领域中，脉冲式充电法也被用于电池组的充电控制，以及太阳能电池板的充电管理等领域。
尽管脉冲式充电法具有很多优点，但也有一些需要注意的地方。
首先，脉冲信号的频率和幅度需要合理选择，过高或过低的参数可能会对电池的性能产生不良影响。
其次，脉冲式充电法需要专门的充电控制电路，增加了充电系统的复杂性和成本。
此外，脉冲式充电法对充电电源的要求较高，需要稳定的电压和电流输出。
脉冲式充电法是一种高效、快速、精确的充电方法，可以提高电池的充电效率，延长电池的使用寿命。
它在电子产品和工业领域得到了广泛应用，为电池充电过程带来了许多优势。
随着科技的不断进步，脉冲式充电法还将继续发展，为电池充电领域带来更多的创新和突破。
基于多级脉冲充电的最优充电模式
基于多级脉冲充电的最优充电模式【摘要】本文针对基于多级脉冲充电的最优充电模式展开研究。
首先介绍了该研究的背景和目的，然后详细分析了多级脉冲充电的原理、优势和应用。
接着探讨了优化多级脉冲充电模式的方法，并对实验结果进行了深入分析。
结论部分强调了基于多级脉冲充电的最优充电模式的重要性，并提出了未来研究的方向。
通过本文的研究，将有助于提高电池充电效率和延长电池寿命，为工业生产和生活提供更加可靠和高效的电源解决方案。
【关键词】多级脉冲充电, 最优充电模式, 原理, 优势, 应用, 优化方法, 实验结果分析, 重要性, 未来研究方向1. 引言1.1 研究背景随着电动汽车、移动设备等电池供电设备的普及和需求增加，对于充电技术的要求也越来越高。
传统的恒流、恒压充电方式虽然简单易行，但存在充电效率低、充电时间长、充电过程中温度升高等缺点。
相比之下，基于多级脉冲充电的充电模式被认为是一种更加高效且适用于各种电池类型的充电方式。
多级脉冲充电的原理是在恒流、恒压充电的基础上，通过控制充电电流和电压的波形，使电池在短时间内接收多个脉冲充电，从而在保证充电速度的同时减少电池的热量积累。
这种充电方式能够减轻电池极板的极化现象，缓解电池内部的冲击，延长电池的使用寿命。
在智能手机、笔记本电脑、电动汽车等领域，多级脉冲充电已经开始得到广泛应用。
它可以提高电池的能量密度，减少电池自放电率，提高电池的循环寿命等。
研究如何优化多级脉冲充电模式，提高充电效率和延长电池使用寿命已经成为当前充电技术研究的一个重要方向。
通过深入研究多级脉冲充电的原理和优势，可以为未来制定更加高效的充电模式提供重要的理论支持。
1.2 研究目的研究目的是通过探讨基于多级脉冲充电的最优充电模式，尝试找到一种在电池充电过程中能够更有效地提高充电效率、延长电池寿命和减少能源浪费的方法。
通过研究多级脉冲充电的原理和优势，以及在不同领域中的应用情况，我们可以更深入地了解其在电池充电过程中的优势和潜力。
基于多级脉冲充电的最优充电模式
基于多级脉冲充电的最优充电模式【摘要】本文针对传统充电技术存在的充电速度慢、充电效率低等问题，提出了基于多级脉冲充电的最优充电模式。
首先介绍了多级脉冲充电的原理，然后设计了一种最优充电模式，并进行了实验验证。
结果表明，多级脉冲充电能够显著提高充电效率和充电速度，且相比传统充电技术具有更好的性能表现。
对基于多级脉冲充电的最优充电模式进行了效果评价，展望了未来研究的方向。
本研究为提高充电效率、缩短充电时间提供了有效的方法，并对于推动电动车等领域的发展具有重要意义。
【关键词】多级脉冲充电、最优充电模式、充电原理、实验验证、性能对比、优化策略、效果评价、未来研究展望1. 引言1.1 研究背景电动车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具，然而充电时间长、续航里程短等问题一直困扰着电动车用户。
为了解决这一问题，研究者们开始探索新的充电技术，其中多级脉冲充电技术备受关注。
传统的直流充电方式存在一系列问题，如充电速度慢、电池寿命短等。
而多级脉冲充电技术则利用间歇性脉冲电流进行充电，可以提高充电效率，延长电池寿命，同时也能减少充电时间，提高用户体验。
在当前环境下，发展基于多级脉冲充电的最优充电模式是十分必要的。
通过深入研究多级脉冲充电技术的原理和优势，设计出符合电动车需求的最佳充电模式，进行实验验证和性能对比，最终得出基于多级脉冲充电的最优充电模式，为电动车用户提供更好的充电体验。
这也将推动电动车行业的发展，促进清洁能源的应用和发展，对于减少环境污染和促进可持续发展具有积极意义。
1.2 研究目的研究目的是通过对多级脉冲充电的原理进行深入分析，设计出最优的充电模式，并通过实验验证和性能对比来评估其效果。
探讨优化策略，以进一步提高充电效率和延长电池寿命。
通过本研究，旨在为电动车、手机等电池供电设备的充电管理提供更加有效和可靠的解决方案，促进电池技术的进步和应用。
未来研究展望将包括对多级脉冲充电技术的更深入研究和探索，同时结合新型材料和智能控制算法，进一步优化充电模式，实现更高效、更安全、更稳定的电池充电方式。
脉冲式高效率LLC谐振变换电池充电器
脉冲式高效率LLC谐振变换电池充电器赵振兴;胡晓东【摘要】结合快速脉冲充电方法,利用蓄电池经过瞬时放电去极化后受电能力较强的特点,同时结合蓄电池的脉冲充电曲线,合理选择谐振腔电压增益和谐振频率点,给出了一种LLC谐振式充电器的设计方法,解决了传统LLC谐振变换充电器轻载条件下效率低的问题,提高了充电器充电全过程的综合效率.方案在一个输入390 VDC,输出48～75 VDC,输出功率720 W的样机上得到验证,结果表明,充电器峰值效率达94.7％,最低效率89.4％,全过程的综合效率达92.3％.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(028)001【总页数】7页(P25-30,34)【关键词】综合效率;LLC谐振变换器;脉冲充电【作者】赵振兴;胡晓东【作者单位】湖南工程学院电气信息学院,湘潭 411104;湖南工程学院电气信息学院,湘潭 411104【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言蓄电池在工业生产、交通以及物流运输等领域得到普遍应用，市场需求要求蓄电池充电设备应当具备高功率密度、充电速度快、电能变换效率高的特点.目前针对蓄电池充电设备的研究主要集中在快速充电方法和充电设备的变换效率上[1-3].做为一种比较先进的拓扑结构，LLC谐振变换器在充电设备中的应用近几年得到了广泛关注[4-8].LLC谐振变换器具备下列优点[4]：⑴功率开关管可以实现零电压开通(ZVS)，大大降低了开关损耗；⑵次级整流二极管可以实现零电流关断(ZCS)，大大降低了次级整流二极管的电压应力和开关损耗；⑶输出不需要滤波电感，降低损耗的同时减小了设备的体积；⑷工作在PFM模式，EMI小，变换效率高，功率密度大.因此LLC 谐振变换器对蓄电池充电器设计无疑是具备较大吸引力的.但是LLC谐振变换器在轻载时工作频率高于谐振频率，变换器进入了电流连续模式(CCM模式)，此时，MOSFET的关断电流增大，次级整流二极管失去ZCS特性，变换效率降低，且随着频率增大，变换器的效率快速下降，因而降低了整个充电过程的综合效率.近年来，为了提高LLC谐振变换充电器的轻载效率，很多学者进行了大量的研究，主要成果有如下几个方面：文献[4]采用一个双向功率开关器件实现双变压器可控并联，通过改变激磁电感和谐振电感比值k，调节重载和轻载时的输出电压增益，实现轻载时效率的提高.但控制复杂，成本增加(增加了一个变压器和一个双向可控开关器件)；文献[5-6]在轻载时采用Burst模式，降低轻载时的开关频率，提高轻载时变换器效率，但采用该方法会使得控制复杂，且充电时过于频繁的扰动电流将对电池寿命产生不良影响.文献[7-8]采用蓄电池的V-I平面曲线来规划谐振腔的设计点，有效拓宽了变换器的高效率区间，但是仍无法避免轻载时LLC谐振变换器进入CCM模式.本文结合快速脉冲充电方法，利用蓄电池经过瞬时放电去极化后受电能力较强的特点，使LLC谐振变换器避免工作在轻载状态，同时结合蓄电池的脉冲充电曲线，合理选择谐振腔电压增益和谐振频率点，解决了LLC谐振变换器工作在轻载状态进入CCM模式时，MOSFET的关断电流增大，次级整流二极管失去ZCS特性而造成变换效率降低的问题，给出了一种LLC谐振式充电器的设计方法，实现全充电过程LLC变换器基本工作在电流断续模式(DCM)，提高LLC谐振变换器整个充电过程的综合效率.1 LLC谐振变换器FHA及区间效率分析1.1 LLC谐振变换器基波分析(FHA)图1所示是半桥LLC谐振变换器拓扑结构图.Vin为采用升压拓扑的有源功率因素校正(APFC)输出的直流电压，当电网电压波动时，APFC模块具备稳压功能，保证电压Vin稳定，因此后级LLC谐振DC/DC变换器的电压增益设计可以不需考虑电网的波动；Q1和Q2为构成半桥电路的功率MOSFET；次级采用全波整流.图1 半桥LLC谐振变换器关于LLC谐振变换器的工作原理及FHA模型在文献[9]中有详细描述.根据FHA模型分析，由Cr、Lr和Lm构成的谐振腔存在两个谐振频率：(1)(2)为简化后续分析，给出一些重要的定义：(3)式中，RL为变换器的负载电阻，Np和Ns分别为变压器初级和次级绕组匝数.谐振腔的直流增益表达式为：(4)根据公式(4)可以得到增益曲线如图2所示.根据LLC变换器工作频率的不同，可以分为3个区域.从图2中可以清楚的看出：在区域1，工作频率fs大于谐振频率fr1，LLC谐振变换器的功率开关管工作在ZVS导通状态，但次级整流二极管失去ZCS关断特性，随着工作频率的继续增大，变换器的效率快速下降；在区域2，fr2<fs≤fr1，LLC谐振变换器功率开关管工作在ZVS导通状态，次级整流二极管工作在ZCS关断状态，整个变换器的效率较高；区域3，功率开关管失去ZVS导通特性，使LLC谐振变换器工作在不安全状态，应尽量避免LLC谐振变换器工作在该区域.开关频率过低或者负载过重可能导致LLC谐振变换器进入该区域，因此必须有快速可靠的保护电路.图2 基于FHA的LLC谐振变换器典型增益特性曲线1.2 区间效率分析传统的铅酸蓄电池三阶段充电法的充电曲线如图3所示，在起始的恒流充电(constant current：CC)阶段，输出电压随着充电的进行非线性增加；当电压达到设定电压点时，充电器转为恒压充电(constant voltage：CV)阶段，在此阶段，随着充电的进行，输出电流非线性减小；当输出电流减小到一定程度后进入浮充阶段，保持一个恒定的小电流恒流充电，在此过程中输出电压略有升高，直到充电结束.可见，在整个充电过程，变换器的输出功率和输出电压在一个较大的范围内变化.通常的充电器设计方法是将恒流到恒压的转折点(此时为输出功率的峰值点)做为谐振腔谐振频率的设计点[7-8]，这样在输出功率峰值点附近可以获得较高的效率.但在充电的起始阶段和结束阶段，变换器的输出功率较小，变换器通过提高工作频率来调节输出功率，从而使变换器在相当长一段时间内工作在图2所示的低效率区域1.图3 铅酸蓄电池自适应三阶段充电曲线图2所示的3个工作区域，除区域3如前所述应尽量避免进入外，区域1和区域2都是LLC谐振变换器可能的工作区域.图4给出了这两个区域中LLC谐振变换器在不同工作频率时的电流波形.由图4可见，在区域1中，变换器关断电流增大，主功率开关管关断损耗因此增大，次级整流二极管失去ZCS关断特性，次级整流二极管因此产生关断损耗，且工作频率越高，这种关断损耗越大，因此LLC谐振变换器进入区域1后，随工作频率的升高，LLC谐振变换器的变换效率迅速降低.在区域2，fs=fr1时，主功率开关管可实现ZVS导通，关断电流等于激磁电流(其值较小)，次级整流二极管实现ZCS关断，因此可以获得较高的效率；fr2<fs<fr1时，主功率开关管可实现ZVS导通，次级整流二极管实现ZCS关断，但因为存在一段续流时间变换器不向次级传递能量，因此其效率相对谐振点有所降低但仍能保持一个较高的数值.图4 区域1和区域2的特征谐振频率点(fs=fr1)是电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)的分界点.当进入CCM模式后，LLC谐振变换器的主功率开关管的关断损耗随频率的增加而增加，次级整流二极管失去ZCS特性，关断损耗也随频率迅速增大.因此，LLC谐振变换器进入区域1后，开关损耗随频率的增加而快速增加是造成LLC谐振变换器运行在区域1效率较低的主要原因.2 优化设计与分析2.1 斜顶脉冲快速充电原理根据最低析气率的马斯曲线(图5a)，蓄电池在初始充电时可接受的电流较大，但随着充电的进行，衰减较快，相关研究表明，通过瞬时大电流放电去极化，可以使蓄电池可接受电流的曲线不断右移(图5b)[10]，这是快速充电的理论基础.采用脉冲充电方式，充电初期的电流远大于传统三阶段充电法的初充电流；采用脉冲充电方式，充电末期的电流也远大于传统三阶段充电法的末期电流，LLC谐振变换器在充电初期和末期的输出功率增大，可有效避免LLC谐振变换器进入低效率的CCM 模式.另外，去极化放电负脉冲电流因为持续的时间非常短(通常为ms级别)，对综合效率的影响可以忽略不计.图5 马斯曲线(a)和快速充电曲线(b)2.2 LLC谐振变换充电器控制环路设计如前所述，为了使充电电流符合马斯曲线，采用恒压脉冲方式，充电电流会呈现为斜顶脉冲电流.控制系统的环路如图6所示，电压环为外环，电流环为内环，构成恒压限流控制环，可限制脉冲电压初始阶段出现过大的电流，也可以保证在出现过载或短路时，调节系统会使变换器的工作频率增大，避免变换器进入不安全的区域3.图6 简化的恒压限流控制环路采用恒压脉冲充电的充电曲线如图7所示.在脉冲的起始阶段，因限流的结果，存在一小段恒流段，之后进入恒压，充电电流逐渐衰减，吻合马斯曲线.根据电池接受电流能力的变化，脉冲电压的幅值逐渐抬升，充电电流逐渐减小.图7 铅酸蓄电池脉冲充电简化曲线2.3 LLC谐振变换充电器增益与谐振点设计在采用LLC谐振变换电路的充电器对蓄电池充电过程中，负载不同于固定阻值的无源负载，负载阻抗是变化的.在充电的起始阶段，蓄电池接受电流的能力较大，等效阻抗较小，LLC谐振变换器的输出电压较低，由公式(3)可知，起始阶段谐振腔的Q值较大，而到充电的结束阶段，LLC谐振变换器输出电压较高，输出电流较小，蓄电池的等效阻抗较大，谐振腔的Q值较小.这种Q值变化，存在于恒压充电脉冲持续的整个过程中.不同Q值的对比仿真如图8(a)所示.由仿真可知，随着充电的进行，Q值逐渐变小，为维持输出电压恒定，变换器的频率会逐渐升高.这个特性有利于谐振变换器的工作频率在区域2中向谐振点靠拢，有利于提高变换器的效率.因此结合图6和图7(a)，将图6中的Vmin作为单位增益设计点(谐振频率点).k值为激磁电感与谐振电感的比值，不同k值的增益仿真如图8(b)所示，由仿真可知，k值较小的谐振腔，增益调节范围大，k值较大的谐振腔，增益调节范围小，在相同的增益调节范围内，k值较小的谐振腔频率调节范围小，这有利于降低开关损耗，但较小k值的谐振腔激磁电流较大，又使得导通损耗增加，因此k值要折中选取.本设计中，因为采用恒压限流脉冲充电，相对于传统的三阶段充电，LLC 变换器的输出最小功率较大，因此环流损耗的占比很小，所以k值可以适当选小一点.图8 Q值对增益的影响(a)与k值对增益的影响(b)仿真3 设计流程3.1 谐振点选择根据电池特性及电池初始阶段可接受电流的大小，确定最低输出电压Vmin.如图6所示，在充电起始阶段的脉冲输出功率最大，在单位电压增益点附近变换器可以获得整个系统的最高效率，考虑到参数离散性，取比Vmin电压略高一点的电压设计单位电压增益点可以保证系统的效率.随着充电的进行，Q值减小，在同一频率，增益有变大的趋势，控制系统会调节频率升高以降低输出电压，于是工作频率向谐振点靠拢.另外在恒压脉冲的限流阶段，变换器可能进入区域1，但工作频率仍靠近谐振点，因此仍然能保持较高效率.3.2 变压器匝比a的确定因为前级APFC的输出具备稳压功能，这里不需考虑电网的波动，有利于谐振腔的优化设计.在单位增益的谐振点处选择变压器的匝比，由公式(5)计算，其中Vd 是次级整流二极管的导通压降.(5)3.3 谐振腔参数计算(1)谐振电感Lr计算最小谐振电感应当能保证在短路状态下LLC变换器运行在最高频率状态下能限制输出电流不超过最大值.(6)(2)谐振电感Cr计算确定了谐振电感Lr之后，可由下式来确定谐振电容.(7)(3)k值的选择由公式(3)可知，k值为励磁电感Lm和谐振电感的比值.通常的LLC谐振变换器设计中为了减小导通损耗，在保证ZVS的前提下，k值尽量选的比较大.但根据前面的分析和仿真，在本设计中，较小的k值可以减小频率变化范围，增大增益调节范围，这对于充电应用是有益的.通常k值可在2～6之间选取.(4)励磁电感励磁电感Lm的选择必须能满足空载条件下开关管能实现ZVS：(8)式中tdead为死区时间.同时还要能在最低开关频率下达到所需要的最大增益：另外，谐振电感和k值选好后，有：Lm=k·Lr(10)最终Lm的取值取这三个值中较小的那个.但如果Lm_(maxM)<Lm(zvs)，死区时间tdead就需要重新设置.最后，为确保谐振腔工作在感性模式，电感值还需满足式(18).(11)死区时间的设置，要确保桥臂上下两个功率管不会出现同时导通的情况，这与选用的功率管的关断时间td(off)+tf相关，一般取3～5倍关断时间.4 实验验证结果及分析4.1 实验参数按前面所述设计方案，设计了一台最大输出功率为750 W的实验样机，输出电压范围48～75 VDC，最大输出电流10 A.表1给出了样机的电参数.充电对象为48 V/20 AH的铅酸蓄电池.表1 设计规范LLC谐振变换器设计规范参数符号数值最大输出功率Pomax750W输入电压Vin390VDC输出电压范围Vo＿min～Vo＿max48～75VDC输出电流范围Io＿min～Io＿max0～10A谐振频率fr133kHz谐振频率fr214kHz变压器变比a∶12．4谐振电感Lr78μH谐振电容Cr0．3μF激磁电感Lm360μH铅酸蓄电池48V/20AH4.2 实验结果在充电起始阶段，电池可接受的电流较大，以0.5 C(10 A)作为对电池充电的最大电流.第一个脉冲的起始阶段和结束阶段的实验波形如图9所示.最后一个脉冲起始阶段和结束阶段的实验波形如图10所示.图9 起始阶段实验波形(a)VO=48 V，IO-start=10 A；(b)VO=50 V，IO-finish=8 A图10 结束阶段实验波形(a) VO=62.5 V，IO-start=4.2 A；(b) VO=62.5 V，IO-finish=2.9 A第一个充电脉冲时间内LLC谐振变换器的效率曲线如图11所示，最后一个充电脉冲时间内LLC谐振变换器的效率如图12所示.图11 第一个脉冲周期效率测量曲线图12 最后一个脉冲周期效率测量曲线变换器的综合效率定义为：(12)式中的T是完成整个充电过程总的时间.实验表明，所设计的LLC谐振变换充电器的综合效率达到了92.3%.由实验波形可知，LLC谐振变换器在整个充电过程基本都工作在DCM模式，因此可以获得比较理想的效率.图13为实验样机照片.图13 实验样机照片5 结论本文给出了给出了一种高效率LLC谐振变换充电器设计方案，通过合理选择LLC谐振变换器的电压增益，结合恒压脉冲充电控制策略，优化设计LLC谐振腔参数，使整个充电过程中LLC谐振变换器的主开关器件都能工作在ZVS状态，次级整流二极管能工作在ZCS状态，LLC谐振变换器在全充电过程都处于一个较高的效率值.另外采用斜顶恒压脉冲快速充电方式，充电电流曲线更吻合电池可接受电流的马斯曲线.设计方案不需增加新的器件也不需采用特殊的控制方法，具备较好的实用价值.参考文献【相关文献】[1] 马进红，王正仕，苏秀蓉. 锂离子动力电池脉冲充电特性研究[J]. 电源学报,2013(1):30-33.[2] 胡海兵,王万宝,孙文进,等.LLC谐振变换器效率优化设计[J]. 中国电机工程学报, 2013,33(18):48-56.[3] 任仁,张方华,刘硕.基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计[J]. 电工技术学报, 2014, 29(10):141-146.[4] Chih-Chiang Hua, Yi-Hsiung Fang et al.LLC Resonant Converter for Electric Vehicle Battery Chargers[J]. IET Power Electronics, 2016, 9(12):2369-2376.[5] Feng, W., Lee, F.C., Mattavelli, P. Optimal Trajectory Control of Burst Mode for LLC Resonant Converter[J]. IEEE Trans. Power Electron., 2013, 28(1):457-466.[6] Chao Fei, Lee, F.C., Qiang Li. Light Load Efficiency Improvement for High Frequency LLC Converters with Simplified Optimal Trajectory Control (SOTC)[C]. 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2015:1653-1659.[7] Sun, W., Wu, H., Wu, H., et al. Design Considerations and Experimental Evaluation for LLC Resonant Converter with Wide Battery Voltage Range[C]. IEEE Conf. and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific),2014:1-6.[8] Fariborz Musavi, Marian Craciun, Deepak S. Gautam, et al. Control Strategies for Wide Output Voltage Range LLC Resonant DC-DC Converters in Battery Chargers[J]. IEEE Transactions On Vehicular Technology, vol.63, no.3, MARCH 2014:1117-1125.[9] Christian Oeder,Thomas Duerbaum. ZVS Investigation of LLC Converters Based on FHA Assumptions[C]. 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)，2013:2643-2648.[10] 张磊,魏晓斌,张光,等. VRLA电池快速充电技术研究[J]. 蓄电池，2007(4):170-173.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
了基本的数学模型，当脉冲电压源与电池系统匹 配时获得最小能量在电池阻抗上的损耗，即达到 最佳的系统状态．匹配问题的关键是找到最优频 率让电池某一荷电状态（ＳＯＣ）下所对应的充电电 流最大，以获得最大输出功率．这种变频脉冲充电 方法与传统的充电方法相比具有充电效率高，充 电时间快的优点．
参考文献：
［１］ 周志敏，周纪海，纪爱华．充电器电路设计与应用 ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００５．
第２２卷 第１１期 Ｖ０１．２２ Ｎｏ．１１
重庆工学院学报（自然科学） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
２００８年１１月 Ｎｏｖ．２００８
最优频率控制的电池脉冲充电技术＋
陈 新，袁翔，张劲松
（长沙理工大学汽车与机械工程学院，长沙４１０１１４）
１．３脉冲电源的傅里叶级数变换 非正弦周期信号／（ｔ）的傅里叶级数的指数形
式为
厂（Ｉ）＝∑ｃ。沙－‘
（１）
相对应矩形脉冲波的傅里叶级数的指数形式为
ｃ。：｛ｊ．！；八ｔ，ｅ一向－Ｉ＝｛ｊ．乏ｅ一朐－Ｉ＝
ｉ１（一击）（ｅ－ｊｔｈ，ｌｔ沙彦）＝
等
如令竿：旦（或Ｐ：！），ｒ为脉冲宽度，则有。＾：
Ｚ
ｐ
ｒ
上，—８ｉｎ士（塑．）根据式（１）得
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｉｔｓ ｐｅａｌ【ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍａｔｃｈｅｓ ｂａｔｔｅｒｙ．Ｔｈｅｒｅ．
ｆｏｒｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｈａｒｇｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｓｐｅｅｄ ｕｐ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｒｅｃｈａｒｇｅ．
当Ｄ为常量时，可得出充电电流
Ｄ（２０，１）Ｉ
２—Ｚｓ（—０）＋瓣＋瓦瓦节… ：
Ｄ（Ｏ）．Ｕ（叫１）
ｓ
所以Ｉ，ｂＩｔ。呵Ｉ～就是一个有关∞ｌ的数值，而 ∞＝２町，因此可以找到～个脉冲电源的频率使
Ｉ，ｂ．。町Ｉ一让电池与电源相匹配，以减小能量在电 池阻抗上的损耗．这就意味着，能量损耗在电能转
万方数据
－■●－●●●●●＿＿●●＿●－●●陈－＿●＿新●， ●＿等＿●：－最＿●优■频＿●率■控＿制●的 ●－电－－池－一脉Ｉ冲 —充 —Ｉ电—技—术Ｉ——Ｉ——
，兰兰
Ｐ ｍ）－。。∑，ｓ吉ｉｎ（中丝）·‘（３）
＾：一－ｔ，
＝
ｐ
再由式（３）可得矩形脉冲电源的傅里叶级数
的三角形式
统中已经被广泛应用．图４表明，电池交流阻抗模 型包括阳极电感乙、阴极电感厶、阳极容量Ｃ小
阴极容量Ｃｏｌ、Ｗａｒｂｕｒｇ阻抗ｚ伽和瓦、阳极电解质
反应阻抗Ｒｄｆ、阴极电解质反应阻抗Ｒ。ｆ和欧姆阻 抗凰旧Ｊ．欧姆电阻是由于电极几何、电解质电阻， 分离器和连线引起的．电极的电解质反应电阻Ｒ越 和尺ｄ是电荷在电极的电解质界面间的转移阻抗． Ｗａｒｂｕｒｇ阻抗ｚ。和Ｚ。是由于离子在电解液中和 电极的孔隙间扩散引起的．容量Ｃ“和。代表各极 与电极电解液之间的电容．电感Ｌ。和三。是由电极 几何和边线引起的．电池的阻抗Ｚｂａｔｔｅｒｙ可描述为欧 姆阻抗‰与阻抗乙及乙的和．
·收稿日期－＇２００８—０９—２２ 基金项目：国家“８６３”高技术发展计划资助项目（２００１ＡＡ５０１１３５）． 作者简介：陈新（１９８ｌ～），女，新疆人，硕士研究生，主要从事汽车电子方面的研究．
万方数据
陈 新，等：最优频率控制的电池脉冲充电技术
９
充电法、恒流恒压（ＣＣ—ＣＶ，Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｃｏｎ． ｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ）充电法、三阶段充电方法等．但上述方 法充电速度仍然太慢，不能满足电动汽车的需要． 脉冲充电方法并不是以不变的恒定电流、电压充 电，而是提供电池脉冲电流、电压，为离子的扩散 和中和提供一个间歇时间．这种脉冲充电方法能 真正增加电池的循环寿命，减少电池充电时间，因 此可广泛应用于先进的电动汽车动力电池充电系 统中．然而，到目前为止还没有一种理论来确定最 优脉冲充电的频率．
参考文献(6条) 1.周志敏;周纪海;纪爱华 充电器电路设计与应用 2005 2.Chih-Chiang Hua;Meng-Yu Lin A Study of Charging Control of Lead-Acid Battery for Electric Vehicles 2000 3.CHENG S A;ZHANG J Q;ZHAO M H Electrochemical impedance spectroscope study of Ni/MH batteries[外文 期刊] 1999(0)
从硬件控制方面，平均充电电流计算器和最 优脉冲充电频率搜寻器将主要来完成确定最优脉
冲充电频率厶。ｉｍ且ｌ的工作．平均充电电流计算器是
计算不同脉冲频率下平均充电电流值，而最优脉 冲充电频率搜索器是根据平均充电电流计算器计 算结果来寻找最优的脉冲充电频率．工作原理如 图５所示．
图５最优充电频率选择原理
４结束语
［５］ 陈建，沈字功，钱照明．在部分荷电和深度放电状态 下应用的动力ＶＲ［Ａ电池脉冲充电技术［Ｊ］．电工技 术学报，２００７（２）：１４４—１４７，１５２．
［６］ 苏玉刚，夏永峰，陈强．电动汽车用铅蓄电池的智能 充电［Ｊ］．重庆工学院学报：自然科学，２００８（２）：３—６．
提出了蓄电池可变频脉冲充电原理，并分析
Ｃｂａｒ魄 ［２］ Ｃｈｉｈ·Ｃｈｈｎｇ Ｈｕａ，Ｍｅｎｇ－Ｙｕ Ｌｉｎ．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｅａｄ．Ａｃｉｄ Ｂａｔｔｅｒｙ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｚ］．［ｓ． １．］：ＩＥＥＥ，２０００：１３５—１３８． ［３］ ＣＨＥＮＧ Ｓ Ａ，ＺＨＡＮＧ Ｊ Ｑ，ＺＨＡＯ Ｍ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｅｌｅｃｍ）．
现代脉冲智能充电器以高频开关电源技术为 基础，嵌入先进的智能控制数字电路，采用智能检 测和控制技术来调节充电器的脉冲方式，实现快 速充电功能． １．２脉冲充电控制方式
脉冲充电有３种控制方式：①信号的开关频 率固定不变，脉冲占空比可变，即ＰＷＭ方式；②脉 冲占空比固定不变，开关频率是可变的，即ＰＦＭ方 式；③混合调制式，即可调频也可调占空比的方 式．电路的开关模式如图２ ａ）所示，其中开关Ｑ的 导通和关闭由控制器来控制，提供用户所需的脉 冲方式．图２ ｂ）为开关Ｑ和脉冲电压的波形．
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｌｌ肌９８ｌｍ ４１０１１４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｅ— ｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｅ，ｂｕｉｌｄｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ
１脉冲充电
１．１脉冲充电原理 将周期性脉冲充电电流、电压施加在蓄电池
上的充电方式称为脉冲充电．它有２种类型：一种 是普通型脉冲充电，只有正脉冲和间歇，如图ｌ ａ） 所示；另一种是在一个周期内包括正脉冲、负脉冲 和间歇，称为Ｒｅｆｌｅｘ充电，如图１ ｂ）所示【２｜．
有效容量将大大提高．由于副反应很小或几乎不 存在，电池的循环使用寿命也将提高．当电池充电 停止时，电池的欧姆极化消失，浓差极化和电化极 化也逐渐减弱，充电副反应也随之停止．对于铅酸 蓄电池若能在充电过程中为其提供一条放电通道 让其反向放电，则极化现象将迅速消失，电池内部 温度也会因放电而得到有效控制，充电副反应也 将不复存在，电池就可接受较大充电电流，充电速 度大大加快，充电容量也将大大提高，这就是脉冲 充电方式的原始理论依据．
ｕ（Ｉ）＝Ａ。｛Ｄ＋争ｓｉｎ（Ｄ丌）·ＣＯＳ（０．７１ｔ）＋
÷ｓｉｎ（２Ｄ７ｃ）·ｃｏｓ（２山ｌ ｔ）＋
．ｇｔ）
寺Ｂｉｎ（３Ｄ丌）·ｃｏｓ（３∞ｌｔ）＋…］｝
０ 图３脉冲电源波形
２蓄电池的交流阻抗 过去的几十年来，阻抗技术在探索电化学系
它由直流部分和各次谐波部分组成．而电池的阻 抗为
ｚｈｎｅｒ，＝口（甜１）＋弘（∞１）
优点；锂离子电池电压高，能量密度高，无记忆效 应，特别是新型电极材料的开发成功，为锂离子电 池安全性问题的解决找到了路径，因此它们成为 电动车电池的重点发展方向…．
在动力电池充电系统中，为了得到更好的充 电性能，以前提出了很多充电方法，如恒流（ＣＣ． Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）充电法、恒压（ＣＶ。Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ）
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｎｉ／ＭＨ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，１９９９，９５：８１４—
８２０．
［４］ 白中浩，曹立波，杨健．纯电动汽车用动力电池性能 评价方法研究［Ｊ］．湖南大学学报：自然科学版，２００６ （５）：４８—５１．
ａ）普通型脉冲充电
电池 ａ）普通脉冲充电电路
ｂ１ Ｒｅｆｌｅｘ壳，电
图１脉冲充电类型 根据充电过程中电池的化学反应，如果充电 过程中能减小或消除副反应，去除极化内阻对充 电电流的阻碍作用，则充电时间将大大缩短，充电
万方数据
Ｏ
］。
Ｉ
，
ｂ）开关和脉冲电压的波形
图２电路的开关模式
Ｉ＿－＿１Ｉ０－＿———·ｌ—＿——·ｌ—＿·＿Ｉ－ｌ＿＿—ｌ＿ｌ＿－Ｉ——＿重 ＿—庆 ＿·－工 —＿学 —－—院＿Ｉ学 ＿·报 Ｉ－·——＿＿－——Ｉ＿—·——－··——ｌＩ！！！！！！！！！！！！！！！１