电动汽车充放电(电力电子技术的应用)课件.ppt

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1、电动汽车充放电研究作者：叶圣双摘要铅酸蓄电池是目前使用最广泛的一种电动汽车蓄电池，由于电池技术不能在很短的时间内有较大的提高，因此当前研究的主要方向就是通过别的方式间接的增加蓄电池的容量，即缩短充电时间以延长行驶里程。因此，本文针对目前蓄电池的实际情况，通过对蓄电池充放电过程进行控制，达到缩短充电时间，延长电池寿命和增加行驶里程的目的，达到蓄电池增加容量的目的。一、铅酸蓄电池快速充电技术1．1蓄电池参数蓄电池的五个主要参数为：容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电压的容量通常用Ah(安时)表示。通常电

2、池体积越大，其容量也就越高。标称电压是指电池刚刚出厂时正、负极之间的电势差。电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。蓄电池充足电时，极板上的活性物质已经达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。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

3、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：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：(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

4、充电过程中导致的电解液浓度差异。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。(3)电化学极化由前面分析的电池过程可以知道，充电过程中，会形成电荷的累积。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：a.副反应(水解)加剧，产生大量气体。

5、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I0有一定的限制。初始电流I0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，必须设法消除极化现象。只有消除了极化现象，才可能

6、大幅度的加大充电电流，缩短时间，达到快速充电的目的。另外，电池的容量受放电率、电池温度的影响很大，根据试验数据总结。在活性物质总量不变的条件下，电池容量随放电电流的增大而降低。在-30。C至30。C范围内，电池温度每增减1摄氏度，容量近似增减百分之一。1.4蓄电池的放电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PbSO4晶体从板上脱落下来。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PbSO4晶体的生成，延长蓄电池的

7、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，此时暴露在电解液中的板栅覆盖层的PbSO4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。1.5蓄电池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为：i=I0e-at（曲线如下图I）式中：i——电池可接受的充电电流(不会产生气泡)，即允许充电电流；I0——t=O时允许的最大充电电流，它由蓄电池的使用状态决定；a——称之为电池的充电电流接受比，又称固有接受

8、比，它等于a=I／C，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。固