电动汽车的充电模式

电动汽车的充电模式

热度：223日期:13-02-19, 11:23 AM 来源:

电动汽车电源系统的充电模式分为常规充电模式和快速充电模式两种。

1．常规充电模式

电动汽车电池类型不同，其适应的充电模式不同。对于Ni／MH电池，其基本的充电制度是恒流模式或多阶段恒流模式充电，对于锂离子电池，基本的充电制度是恒压限流模式充电。

(1)恒流充电模式恒流充电模式是最常用的充电模式，控制简单，设备简单。但仅能适应于部分电池（如Ni／MH），不能将系统完全充满电，充电效率低。

(2)分级恒流充电模式分级恒流充电方式是在普通恒流充电方式的基础上发展而来的，在初期用较大的电流进行充电，充电一定时间或充电电压达到一定值后改用用较小电流，再充电一定时间或充电电压达到另一更高值后改用更小的电流。这种充电方式的效率较高，所需充电时间较短，充电效果也比较好，并且对延长电池组使用寿命有利，但对充电机系统有较高的要求。分级恒流充电模式适用于Ni／MH电池和锂离子电池的前期充电。

一般在充电时，首先以小电流先预充一段时间，主要是对电池状况及BMS状况进行判断。在前期荷电量较低的情况下，电池充电接受能力好，可是适应较大电流充电，随着荷电量的增加，充电接受能力逐渐下降，此时充电电流下降，在充电后期．副反应速度增大，基本变为涓流充电。

(3)低压恒压浮充模式低压恒压浮充模式不同于通常的将均充和浮充分开进行的方式，充电电源一直按照稳压限流的方式工作，蓄电池在浮充状态下渐渐补足失去的能量，直到充电至终止电压。这种充电方式具有原理简单、实现方便的特点，但有可能会导致电池欠充，而且长时间充电会损害电池组，加速电池自放电。这种方式适应于锂离子电池。

(4)梯度恒压充电模式综合了恒流充电方式和恒压充电方式的优点，在充电时根据电流衰减情况逐步提供充电电压，电流呈阶梯方式下降。这样，在充电初期(l~3h)电池电压呈直线上升；充电中期(3~7h)，充电电流接近指数衰减；充电后期(8~12h)当充电电流小于设定值时终止充电或者转入涓流充电阶段。

如图7-12给出了四种充电特性曲线：1为蓄电池最大可接受充电电流曲线，2为连续递减式充电电流曲线，3为多级恒流式充电电流曲线，4为小电流慢速充电电流曲线。

2．快速充电

快速充电法就是利用电动汽车蓄电池在充电初期、中期可以接受较大的充电电流的特性，并结合停充和脉冲放电的去极化技术来实现的。如图7-12，如果充电电流采用1号曲线，电池充电时间在理论上应该是最短的，但是实际操作中，由于电池组的新旧程度、环境温度、电池容量的差异，不可能刚好按照1号曲线的充电电流在充电。为了保证电池的安全使用以及使用寿命，往往在充电时根据经验采用2号曲线，在连续递减电流中留有一定余量，使充电电流略小于最大可接受电流。2号曲线一般可以根据多组电池试验得到，但是在用户实际操作时，存在曲线特性参数设定比较困难的特点，因此，这种充电模式很少采用。

(1)最大充电电流

①铅酸电池的最大充电电流1967年美国人J．A．Mas从蓄电池充电过程的研究中发现，蓄电池恒电流充电过程中，其容量只能充到某个确定的数值。对于铅酸蓄电池，超出这一数值就会析出氢气和氧气，并引起电池温度升高，在保证电池不析气的情况下，充电电流就要以指数形式下降：

I=I o exp（－at）（7-13）

式中I——任一时刻t蓄电池可以接受的充电电流；

I o——刚开始充电时可接受的充电电流；

a——衰减率常数，或叫充电接受比。为起始可接受的充电电流Io与尚需充电容量C 的比值。

a=I o/C （7-14）

最理想的快速充电是控制充电电流如最大可接受充电电流那样变化，但实际充电控制难以实现。能够实现的较为理想的快速充电控制是采用分段恒流充电，如图7-13所示。分段恒流充电需要解决的问题是确定适当的恒流充电分段数和各阶段充电电流大小及终止时间。如果各段充电电流过小或终止时间过早，实际充电电流曲线离充电可接受电流曲线较远，使充电时间较长；如果各段电流过大或终止充电时间过迟，则会使充电电流超过充电可接受电流而导致电池温升加剧、充电效率和电池寿命下降。

在进行充电试验过程中，发现一些电动汽车电池的充电过程充电效率很低，电池容量衰减快甚至于当场报废。通过一系列的对比试验，

得到如下结论：

a．在充电量达到放出的电量之前的各恒流充电阶段，电池不发热或发热量很小，其充电效率较高。

b．在最后阶段其恒流充电电流或终止电压定得较高时，电池会有较高的温升，其充电效率也相应降低。

C．定压充电阶段，根据有关电压参数定压充电，则电池温升较严重，充电的效率很低。在定压充电阶段出现充电电流逐渐上升的现象时，电流上升的速率和幅值越大，电池的温升就严重，且电池的容量衰减也越明显。当充电电流显著增大时，如果不及时终止充电，还会因电池热失控而导致电池当场损坏。

电池充电效率低、容量下降甚至损坏的主要原因是：①电池在充电的后期因其充电接受能力已很低，当定流充电终止电压较高或定压充电定压过高时，其充电电流超过了充电可接受电流，导致了电池充电效率低、电池容量衰减和损坏。②某些电池的散热比较慢，即使没有深度的过充电，也很容易使电池充电产生的热量大于电池的散热量而造成电池的温度过高，导致电池损坏。

由于电动汽车电池使用中的容量自然衰减，其可接受充电电流会相应减小，因此，恒流充电段如果出现电池温度较高时，除了应立刻转入下一阶段的充电外，还应适当减小下一次充电的终止电压值。在定压充电阶段，如果出现了电池温度较高、充电电流增加且增加幅度超过了限值时，除了应立刻终止充电外，也应适当减小下一次定压充电的电压值。

②Ni／MH电池的最大充电电流Ni／MH电池的充电电流与铅酸蓄电池也基本一致。以Ni／MH方形20A·h、25A·h电池进行实验，得到如图7-14所示曲线。

其最大充电电流也满足I=I o e－at的规律，但I o与电池类型、容量有关，与SOC基本呈线性关系。a与荷电量无关，但与电池容量大小、电池类型等有关。

③锂离子电池最大允许充电电流锂电池组是一复杂系统，其最大允许充电电流与电池容量Q、温度T、电池荷电状态SOC、电池的老化程度SOH以及电池的一致性EQ有重要关系，且表现为较强的非线性，所以电池的最大允许充电电流I为：

I=f(Q，T，SOC，SOH，EQ) (7-15)

a．容量仅从充电电流大小来衡量电池性能是不恰当的，容量大的电池的充电电流会增加，所以一般用充电倍率或时率来衡量电池的充电电流，其定义与第三章中放电倍率和放电时率相同。

I=KεQr(7-16)

Kε为倍率系数，与电池的类型和性能有关，容量型电池一般在0.2~1，功率型电池可以达到1~5，甚至更高。Qr为电池的额定容量。相对来说，混合电动汽车电源系统的充电倍率比插入式混合电动车的充电倍率要略大，插入式混合电动汽车电源系统的充电倍率比要比纯电动汽车的充电倍率大。