电动汽车充放电技术研究
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时， • 极板上的PbSO。大量形成，堵塞了大部分反映孔道，这是若继续放电，正极极化作用
加 • 大，电位大幅度降低，此时暴露在电解液中的板栅覆盖层的PbSO。钝化层变成多孔的 • PbS04，电解液浸过这些孔使铅板接触而腐蚀，引起蓄电池寿命的下降。
2．2快速充电技术
•
快速充电的特性曲线如图中II所示，它是通过改造蓄电池固有的可接受充电电流的
放点特性
• 蓄电池在使用的过程中，无论是大电流的放电或小电流的放电都会对铅酸蓄电池造 • 成损害，大电流放电易造成正活性物质脱落，实际上就是PbSO。晶体从板上脱落下来， • J下极活性物质的使用寿命决定于放电时生成的PbSO。的结晶条件。放电时，生成的 • PbSO。是疏松层，那么，充电时生成的PbO，就是租晶粒的坚固物质，放电时，若形
a.副反应(水解)加剧，产生大量气体。 b.副反应(水解)将产生大量的热量，使电解液的温度升高。 c.副反应(水解)消耗的能量全是无谓消耗，降低了充电过程的能量、效率指标。 从以上分析可以看出，极化所产生的阻流、气泡、温升、能耗等等都是对电池极为有害的，是阻碍电
解反应的重要因素。此外，充电电流越大，则极化也就越快、越厉害，对电池也就越不利。由于 极化现象的存在，使蓄电池固有的可接受充电电流的特征曲线具有以下局限性：初始电流，。有 一定的限制。初始电流，。维持时间很短，并以一定速率衰减。所以，要想提高充电电流的数值， 必须想法消除极化现象。只有消除了极化现象，才可能大幅度的加大充电电流，缩短时间，达到 快速充电的目的。
(3)电化学极化 由前面分析的电池过程可以知道，极板间会产生电子。但是由于电子传导的速度比化学反应速度 要快得多，于是，电池反应进行的过程中，传导到极板上的电子一定消耗不完而过剩，形成电荷 的累积。电荷的累积将使极板产生过电位，这种电压被称为化学极化。它也会阻碍电流，使充电 电流趋于减少，放慢了电池化学反应，还会引起如下的影响：
•
特性曲线。尽可能地延长蓄电池可接受的大电流时间曲线来达到缩短总的充电时间的目
•
的。
•
13
•
第2市铅酸蒂IU池快速充|乜技术
•
图2-1快速充电曲线
•
图2-1中II线超出了蓄电池固有的可接受充电电流的特性曲线(斜线部分)，按照
充电特性
• 如果在充电过程当中，以不产生气泡或微产生气泡为前提，亦即尽量减少极化，可 • 以写出蓄电池的允许充电特性(即在不产生气泡或微产生气泡的前提下充电电流随时间 • 的变化曲线)为： f；toe叫(2-12) • 式中：卜一电池可接受的充电电流(不会产生气泡)，即允许充电电流； • ，。——t=O时允许的最大充电电流，它由蓄电池的使用状态决定； • Q——称之为电池的充电电流接受比，又称固有接受比，它等于口=I／C，图2-4 • 中，为任意一种充电状态下，电池接受的充电电流，而C为电池所需要充入的容量。例 • 如，对于全放电电池，当t=O时，C—Co，I=Io所以，a=，o／Co。 • 从接受比口一I／C的定义可以看出，接受比意味着蓄电池允许充入的电流和应该充 • 入的容量之比，这个数值越高，表示电池的接受能力越强，充电的时间也越短。图2-1 • 中I线所示为蓄电池的允许充电特性曲线，只要充电电流不超过这条曲线，电池就不会 • ． 产生气泡，否则就会产生大量的气泡，危及电池的安全。 • 严格的按照指数型的固有充电特性充电，在技术上有一定的困难和不便，只要充电 • 电流调整不及时，超出这条曲线所限定的数值，马上就会导致电池产生的气泡和温度升 • 高。产生气泡和温升的原因仍然如前所述的那样，是由于电池发生了极化的缘故，固有 • 充电特性是电池在充电过程中发生极化与否的分界线，充电电流的数值一旦超过它，极 • 化就严重起来，马上就引起电池产生气泡和温升。常规充电时，由于充电电流远远小于 • 固有特性的数值，所以基本上不会产生极化，自然电池也不会产生气泡和温升，但是， • 充电时间却拉的很长。所以目前所用到的充电方法都是取一个折中，电流既不能太大， • 不然就会损伤电池，也不能太小，否则耗时太长。
(1)欧姆极化 即内阻所引起的欧姆压降，随电流的变化而变化。当充电电流停止时，它立即降为零。
(2)浓差极化 未充电时，电池电解液中各处的离子浓度是均匀的。充电开始后，由于发生了电化学过程，会使 得正负极处产生新的离子，这就使得两极板附近的离子浓度升高，造成与其它地方的电解液的浓 度发生差异，这就是所谓的浓差。根据电化学的详细分析，只要出现浓差，则电极就会发生过电 压极化。此浓差极化会对充电电流产生影响，阻碍电流流入，如果想消除浓差极化，只需要停充 一会儿，让离子利用布朗运动进行扩散，或利用瞬间大电流的放电，使得电化学反应朝相反的方 向进行，达到新的平衡。
电动汽车充放电技术研究
1.2蓄电池充电过程中的化学变化
蓄电池充电，使得蓄电池极板上的活性物质发生化学反应。 它在整个充电过程中，化学反应总的反应方程式： 2PbSO4 +2H20=Pb02 +Pb+2H2S04
以上反应称为主充电反应。其化学过程叫做电池过程，这是 充电时所必需的。除了主反应外，在电解液中，还进行着 所谓的副反应，它包括两方面，即：
成 • 的PbS04是紧密层，那么，充电时生成的PbO，将以树枝状晶体生长，这种晶体在充
电 • 末期和放电开始由于微观和宏观的热应力的影响源自文库脱落。根据蓄电池当时状况，适当
降 • 低蓄电池放电电流，可以有利于疏松的PbSO。晶体的生成，延长蓄电池的寿命。 • 当蓄电池进行小电流放电时，容易造成蓄电池的放电终止电压过高，此时若还根据 • 正常的放电终止电压进行判断，就容易造成过放电，蓄电池达到正常的放电终止电压
正极板表面产生氧气：
负极板表面产生氢气：
显然，这个副反应就是水解反应，它在充电过程中是我们不 希望有的。
• 1.3蓄电池充电过程中的物理现象
主要表现为电池的两极会发生“过电压”，即电池两极板间的电位差在充电过程中要比不充电时高一 定的数值，结果是正极板更正，负极板更负，形成“极化”现象。它会对充电电流起阻碍作用， 使电流趋于减小。极化现象可分为三种情况：
加 • 大，电位大幅度降低，此时暴露在电解液中的板栅覆盖层的PbSO。钝化层变成多孔的 • PbS04，电解液浸过这些孔使铅板接触而腐蚀，引起蓄电池寿命的下降。
2．2快速充电技术
•
快速充电的特性曲线如图中II所示，它是通过改造蓄电池固有的可接受充电电流的
放点特性
• 蓄电池在使用的过程中，无论是大电流的放电或小电流的放电都会对铅酸蓄电池造 • 成损害，大电流放电易造成正活性物质脱落，实际上就是PbSO。晶体从板上脱落下来， • J下极活性物质的使用寿命决定于放电时生成的PbSO。的结晶条件。放电时，生成的 • PbSO。是疏松层，那么，充电时生成的PbO，就是租晶粒的坚固物质，放电时，若形
a.副反应(水解)加剧，产生大量气体。 b.副反应(水解)将产生大量的热量，使电解液的温度升高。 c.副反应(水解)消耗的能量全是无谓消耗，降低了充电过程的能量、效率指标。 从以上分析可以看出，极化所产生的阻流、气泡、温升、能耗等等都是对电池极为有害的，是阻碍电
解反应的重要因素。此外，充电电流越大，则极化也就越快、越厉害，对电池也就越不利。由于 极化现象的存在，使蓄电池固有的可接受充电电流的特征曲线具有以下局限性：初始电流，。有 一定的限制。初始电流，。维持时间很短，并以一定速率衰减。所以，要想提高充电电流的数值， 必须想法消除极化现象。只有消除了极化现象，才可能大幅度的加大充电电流，缩短时间，达到 快速充电的目的。
(3)电化学极化 由前面分析的电池过程可以知道，极板间会产生电子。但是由于电子传导的速度比化学反应速度 要快得多，于是，电池反应进行的过程中，传导到极板上的电子一定消耗不完而过剩，形成电荷 的累积。电荷的累积将使极板产生过电位，这种电压被称为化学极化。它也会阻碍电流，使充电 电流趋于减少，放慢了电池化学反应，还会引起如下的影响：
•
特性曲线。尽可能地延长蓄电池可接受的大电流时间曲线来达到缩短总的充电时间的目
•
的。
•
13
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第2市铅酸蒂IU池快速充|乜技术
•
图2-1快速充电曲线
•
图2-1中II线超出了蓄电池固有的可接受充电电流的特性曲线(斜线部分)，按照
充电特性
• 如果在充电过程当中，以不产生气泡或微产生气泡为前提，亦即尽量减少极化，可 • 以写出蓄电池的允许充电特性(即在不产生气泡或微产生气泡的前提下充电电流随时间 • 的变化曲线)为： f；toe叫(2-12) • 式中：卜一电池可接受的充电电流(不会产生气泡)，即允许充电电流； • ，。——t=O时允许的最大充电电流，它由蓄电池的使用状态决定； • Q——称之为电池的充电电流接受比，又称固有接受比，它等于口=I／C，图2-4 • 中，为任意一种充电状态下，电池接受的充电电流，而C为电池所需要充入的容量。例 • 如，对于全放电电池，当t=O时，C—Co，I=Io所以，a=，o／Co。 • 从接受比口一I／C的定义可以看出，接受比意味着蓄电池允许充入的电流和应该充 • 入的容量之比，这个数值越高，表示电池的接受能力越强，充电的时间也越短。图2-1 • 中I线所示为蓄电池的允许充电特性曲线，只要充电电流不超过这条曲线，电池就不会 • ． 产生气泡，否则就会产生大量的气泡，危及电池的安全。 • 严格的按照指数型的固有充电特性充电，在技术上有一定的困难和不便，只要充电 • 电流调整不及时，超出这条曲线所限定的数值，马上就会导致电池产生的气泡和温度升 • 高。产生气泡和温升的原因仍然如前所述的那样，是由于电池发生了极化的缘故，固有 • 充电特性是电池在充电过程中发生极化与否的分界线，充电电流的数值一旦超过它，极 • 化就严重起来，马上就引起电池产生气泡和温升。常规充电时，由于充电电流远远小于 • 固有特性的数值，所以基本上不会产生极化，自然电池也不会产生气泡和温升，但是， • 充电时间却拉的很长。所以目前所用到的充电方法都是取一个折中，电流既不能太大， • 不然就会损伤电池，也不能太小，否则耗时太长。
(1)欧姆极化 即内阻所引起的欧姆压降，随电流的变化而变化。当充电电流停止时，它立即降为零。
(2)浓差极化 未充电时，电池电解液中各处的离子浓度是均匀的。充电开始后，由于发生了电化学过程，会使 得正负极处产生新的离子，这就使得两极板附近的离子浓度升高，造成与其它地方的电解液的浓 度发生差异，这就是所谓的浓差。根据电化学的详细分析，只要出现浓差，则电极就会发生过电 压极化。此浓差极化会对充电电流产生影响，阻碍电流流入，如果想消除浓差极化，只需要停充 一会儿，让离子利用布朗运动进行扩散，或利用瞬间大电流的放电，使得电化学反应朝相反的方 向进行，达到新的平衡。
电动汽车充放电技术研究
1.2蓄电池充电过程中的化学变化
蓄电池充电，使得蓄电池极板上的活性物质发生化学反应。 它在整个充电过程中，化学反应总的反应方程式： 2PbSO4 +2H20=Pb02 +Pb+2H2S04
以上反应称为主充电反应。其化学过程叫做电池过程，这是 充电时所必需的。除了主反应外，在电解液中，还进行着 所谓的副反应，它包括两方面，即：
成 • 的PbS04是紧密层，那么，充电时生成的PbO，将以树枝状晶体生长，这种晶体在充
电 • 末期和放电开始由于微观和宏观的热应力的影响源自文库脱落。根据蓄电池当时状况，适当
降 • 低蓄电池放电电流，可以有利于疏松的PbSO。晶体的生成，延长蓄电池的寿命。 • 当蓄电池进行小电流放电时，容易造成蓄电池的放电终止电压过高，此时若还根据 • 正常的放电终止电压进行判断，就容易造成过放电，蓄电池达到正常的放电终止电压
正极板表面产生氧气：
负极板表面产生氢气：
显然，这个副反应就是水解反应，它在充电过程中是我们不 希望有的。
• 1.3蓄电池充电过程中的物理现象
主要表现为电池的两极会发生“过电压”，即电池两极板间的电位差在充电过程中要比不充电时高一 定的数值，结果是正极板更正，负极板更负，形成“极化”现象。它会对充电电流起阻碍作用， 使电流趋于减小。极化现象可分为三种情况：