电动汽车电池自主极速充电科技研究

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1、电动汽车电池自主极速充电科技研究第1章绪论1.1研究目的和意义本学位论文研宄的目的是改进现有电动汽车使用蓄电池-铅酸蓄电池的充电控制技术，使充电电流曲线接近马斯提出的理想充电曲线，即依据蓄电池内部物理变化和化学反应，实时调整充电参数，对蓄电池实施智能、快速充电。主要控制方法是基于电压、电流和温度三重反馈的智能Fuzzy-PI控制。模糊控制是基于模糊数学和控制的一种尚级控制策略和新兴技术⑴。模糊控制主要用于非线性严重、难以建立数学模型的控制场合。模糊控制系统中的核心部分是模糊推理，它的推理借鉴人的经验

2、，模仿人的推理和决策过程。由于蓄电池充电过程中受到电压、温度、充电电流及内阻等多个随机性因素影响，很难建立数学控制模型，导致传统的控制技术难以实现。常规PI控制具有稳定性良好、实现简单等特点，是过程控制中应用最广泛的一类控制器，但这种控制器不适用于非线性严重的控制场合。若将模糊控制和控制器结合并应用到充电控制过程中，可以发挥两种控制器的优点，使充电过程高度智能化。极化问题阻碍了充电速度，放电去极化是最为有效的去极化方法。本学位论文选取参数近似的蓄电池单体组成参考组，设定不同的放电电流和放电时间，然后

3、补充放出的电量，通过比较这一过程之后的端电压高低，得到理想的放电去极化方案，提高了充电速度。结合以上两点对铅酸蓄电池进行充电控制，能够实现对大容量蓄电池的快速充电，并减少充电带来的析气、温升以及减少使用寿命等危害，对于节能环保和绿色交通具有重要的现实意义。1.2电动汽车蓄电池发展及充电技术研究现状1.2.1电动汽车蓄电池发展现状铅酸蓄电池是现有电动汽车中应用最多的二次电池，与其它蓄电池相比，铅酸蓄电池具有电动势高、性价比高以及允许大电流放电等诸多优点。目前常用的蓄电池主要有：铅酸蓄电池、镇镉蓄电池、

4、線氢蓄电池以及锂电池等，其主要性能与参数[3，4]如表1-1所示。铅酸蓄电池的优点是性价比高，它的成本是镜镉蓄电池的1/6-1/5,电池容量大，一般为1AH到几千AH。突发大功率放电性能好，适用于大功率启动，并能以3-5倍甚至高达10倍率放电，高低温环境下性能稳定，可在温度范围-40度到60度条件下正常工作。单体电池具有电压可达2.2V、放电效率高达60%以上、可浮充充电、记忆效应小以及容易获得核电状态等优点。铅酸蓄电池缺点是：使用寿命较短、体积较大以及存在硫酸盐化效应。在某些铅酸蓄电池中可能会有氰

5、化砷溢出。蓄电池的使用寿命由多重因素决定，最重要的是由内部活性物质决定。除此以外，充电技术和电源管理是影响蓄电池寿命的主要因素。统计发现，在己报废的蓄电池中，80%存在极板变形和硫酸盐化现象，这些现象都是由充电不当引起的。研宄证实，蓄电池充电过程对蓄电池影响最大，而放电过程影响较小[6]。因此，绝大部分电池是充电充坏的，而不是用坏的。由此看来，研究蓄电池充电技术，对蓄电池的使用具有重要的现实意义。1.2.2充电技术研究现状20世纪初，随着二次电池研发成功，充电技术的研究也随之开始。起初的充电方法多为

6、小电流恒流充电。这种充电方法充电速度慢，效率低，不能满足蓄电池的使用需要。20世纪后期，国内外开始了快速充电的研究，其先后经历了如下三个阶段：(1)探索阶段。20世纪50年代，美国军方处于野外机动的需求，研宄了快速充电技术，其使用范围为6V-24V的铅酸蓄电池单体[7]。(2)学术研究阶段。1972年，在第二届电动汽车发展年会上，以马斯三定律的提出为标志，由此幵始了充电技术的理论研究阶段。(3)生产实用阶段。上世纪七八十年代，随着人们对充电技术的研究，先后出现了恒流充电技术、恒压充电技术、恒压限流充

7、电技术和先恒流后恒压充电技术等。第2章蓄电池电化学基础与电池充电技术分2.1引言蓄电池充电时，电能转化为化学能，放电时化学能重新转化为电能。在两种能量互相转化的过程中，伴随着化学反应的进行。为了达到智能充电的目的，本章首先研宄充放电时蓄电池内部发生的化学反应，得到智能充电的控制依据。此外，本章还研究了电池极化产生的原因，为去极化控制打下基础。2.2铅酸蓄电池电化学原理分析2.2.1双极化硫酸盐理论放电过程中电压的变化，如图2-1所示。放电开始后，极板处的硫酸被消耗，由于硫酸扩散的速度较化学反应慢，不

8、能及时补充化学反应的消耗，极板处硫酸浓度迅速降低。而电极端的电动势是由硫酸浓度决定的，所以放电初期电极端电动势迅速下降，如图2-1中的0点到E点所示。之后，由于放电化学反应剧烈程度下降，极板处的硫酸浓度趋于稳定，电池端电压稳定下降，这一过程如图2-1中的E-F-G段所示。在放电即将结束时，由于极板上附着的硫酸铅增多，且硫酸铅的疏松度下降，阻碍了硫酸的扩散。另外硫酸铅属于不良导体，使内阻逐渐增大，导致端电压迅速下降。这一过程如图2-1中的G点以后曲线所示。充电过程电压变