电动汽车蓄电池的充电方案
电动汽车蓄电池智能充电器设计
（ １ ． 国网莱 芜供 电公 司 ， 山东 莱芜 ２ ７ １ １ ０ ０ ）
（ ２ ． 山 东理 工 大学 电气与 电子 工程 学院 学 院 ， 山 东 淄博 摘
２ ５ ０ ０ ４ ９ ）
要： 介 绍 了以 Ｃ ５ １ 单 片机 为核 心 的智 能充 电 器控 制 原理 和 充电检 测 的关键 技 术 ， 给 出 了充 电器
有 智能充电器原理框 图
为了加入智能控制达到实时监控的 目的 ， 我们
以单 片机 及 相 关 电路 在充 电 的整 个 过程 中 动态 跟
Ｉ ／ １ ５ Ａ
踪 蓄电池 的电压 电流 ， 自动调整电压 电流 ， 使充 电
过 程 基 本按 照 理想 模 式进 行 。 最 终 实 现延 长 蓄 电池
中图分 类 号 ： Ｔ Ｍ９ １ ２ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ２ １ ９ — ２ ７ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ０ — ０ ４
随 着经 济 的发 展 ， 中 国对 汽车 的需 求 量 日益增 加， 与此 同时 。 能 源 的 日益 紧缺 和大气 污 染 的加 剧 ，
７ ２ Ｖ
的使用寿命 ， 对 蓄电池快速充分充 电的 目的。根据
８ Ｏ ％ ９５ ％ １ ００ ％
上 述 分 析而 设 计 的智 能铅 酸蓄 电池 充 电器 ， 硬件 电 路 主 要包 括 辅 助 电源 电路 ， 电压 、 电流 采 样 电路 ， 半 桥变换器 ， Ｐ ｗＭ 产 生 电路 ， Ｃ ５ １ 单 片 机 数 字处 理 电 路等构成 ， 并 具 有 过压 、 过流、 过 温保 护 功 能 。 图 １ 为 智 能充 电器 的整机 电路 图。
5新能源汽车充电系统
第五章 充电系统
2.电动汽车充电方式
（1）传导式充电方式 传导式充电方式又称接触充电方式，接触充电方式通
常采用传统的接触器控制，使用者把充电电源接头（插头） 连接到汽车上（插座），即利用金属接触来导电。 接触充电方式的最大优点是：技术成熟、工艺简单和成本 低廉。接触充电方式的缺点是：导体裸露在外面不安全， 而且会因多次插拔操作，引起机械磨损，导致接触松动， 不能有效传输电能。接触式电的最大问题在于它的安全性 和通用性，为了使它满足严格的安全充电标准，必须在电 路 上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电。
第五章 充电系统
5.2 充电接口
充电接口是指用于连接活动电缆和电动汽车的充电部 件，它由充电插座和充电插头两部分组成，是传导式充 电机的必备设备，充电插头在充电过程中与充电插座进 行结构耦合，从而实现电能的传输。GBT 20234.2-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接 口》和GBT 20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》两个国家标准，对充电接口进 行了规范。
第五章 充电系统
(2)快充接口定义 快充接口如图5-3所示，各端子含义如下表5-4所示：
图5-3 快充接口
第五章 充电系统
表5-4快充接口各脚含义
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
端子名称 DC+ DC— PE S+ SCC1 CC2 A+ A—
作用 直流电源正 直流电源负 保护接地（PE) 充电通信CAN_H 充电通信CAN_L 充电连接确认 充电连接确认 低压辅助电源正 低压辅助电源负
第五章 充电系统
中电流充电方式主要应用在购物中心、饭店门口、停车 场等公共场所的小型充电站。小型充电站的充电电流为30〜 60A,充电功率一般为5 ~20kW，采用三相四线制380V供电或 单 相220V供电，计费方式是投币或刷卡，用户只需将车停靠在 小型充电站指定的位置上， 接上电线即可开始充电。该方式 的充电时间是：补电1~2小时，充满5 ~8小时（充到 95%以 上），在小型充电站使用中电流充电1小时，电动汽车的行驶 里程可增加40km。
几种常见的纯电动汽车动力电池的充电方法
几种常见的纯电动汽车动力电池的充电方法纯电动汽车的电能补充可以划分为两种模式，即充电模式和换电模式。
其中换电又被称为机械充电，是通过直接更换已充电的动力蓄电池来达到电动汽车电能补充的目的。
纯电动汽车动力蓄电池放电后，用直流电源连接动力蓄电池，将电能转化为动力蓄电池的化学能，使它恢复工作能力，这个过程称为动力蓄电池充电。
动力蓄电池充电时，动力蓄电池正极与充电电源正极相连，动力蓄电池负极与充电电源负极相连，充电电源电压必须高于动力蓄电池的总电动势。
合适的充电方式不仅能够最大限度地发挥电池的容量，而且可以延长电池的使用寿命。
纯电动汽车的充电方法包括常规充电方式和快速充电方式。
常规充电方式有恒电流充电方法、恒电压充电方法和阶段充电方法等几种．常规充电方式以较低的充电电流对电动车进行充电，一般充电时间较长，可达10~20h；常规充电方式的充电器安装成本比较低，电动汽车家用充电设施（车载充电机）和汽车充电站多采用这种充电方式。
充电时段可以充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，提高充电效率，并延长电池的使用寿命。
快速充电方式有脉冲式充电法、变电流间歇充电方法、变电压间歇充电方法等几种，这里介绍常见的和基本的充电方法．快速充电方式以较高的充电电流在短时间内为蓄电池充电，充电时间短，可在10-30min完成，快速充电方式的充电器安装成本相对较高，充电效率较低，对电池寿命也有一定的影响。
（1）恒压充电方法恒压充电是最基本的控制方式，电池端电压和电流的关系如图1所示。
开始时，给定一个期望电压值，系统开始充电，充电电流随充电的进行不断减小；当充电电流小于一定值后，充电过程结束。
恒压充电的最大特点就是控制简单，由于充电终期只有很小的电流流过，所以析气量小，能耗低；但由于充电初期充电电流过大，容易对电池极板造成冲击，严重时会损坏电池；恒压充电方式一般用于电池中途的补给充电，在开始充电阶段，一定要加。
蓄电池组均衡充电技术
蓄电池组充电技术的分类
定电流充电
定电流充电是一种简单的充电方法，它通过控制充电电流 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是简单易行，但 充电效率较低。
定电压充电
定电压充电是一种常用的充电方法，它通过控制充电电压 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是可以避免电池 过充或欠充，但充电效率也较低。
脉冲式充电
将多个充电设备连接成网络，实现资源共 享和优化配置，提高充电效率和设备利用 率。
05
蓄电池组均衡充电技术未来展 望
技术创新与突破方向
01
02
03
高效能充电技术
研究更高效的充电技术， 缩短充电时间，提高充电 效率。
智能化管理
利用物联网、大数据等技 术手段，实现蓄电池组的 智能化管理和维护。
绿色环保技术
脉冲式充电是一种新型的充电方法，它通过控制脉冲的宽 度和频率来控制充电速度。这种方法的优点是可以提高充 电效率和安全性，但实现起来较为复杂。
02
蓄电池组均衡充电技术原理
均衡充电技术的定义与原理
定义
蓄电池组均衡充电技术是一种通过控制充电电流和充电时间 ，使蓄电池组中各个电池达到相同或相近的充电状态的技术 。
04
对电池一致性要求较高：均衡充电技术适用于一致性较好的蓄电池组 ，对于一致性较差的蓄电池组效果不佳。
03
蓄电池组均衡充电技术应用场 景
电动汽车领域的应用
电池组均衡管理
在电动汽车中，电池组作为动力来源，需要保证电池组中每个电池的电量保持 均衡。通过蓄电池组均衡充电技术，可以有效地对电池组进行均衡管理，避免 电池过充或欠充。
充。
02
智能充电技术
பைடு நூலகம்
随着科技的发展，人们开始采用智能充电技术，如基于模糊控制的充电
蓄电池充放电方案
蓄电池充放电方案摘要：蓄电池是一种能够将化学能转换为电能的装置，广泛应用于各种移动设备和能源储存系统中。
在日常生活和工业应用中，蓄电池的充放电方案对其性能和寿命起着重要作用。
本文将介绍基本的蓄电池充放电原理、常见的充放电方案，并探讨其优缺点以及适用场景。
1. 蓄电池充电原理蓄电池是由一个或多个电池单元组成的装置，通过在化学反应中储存和释放电能。
常见的蓄电池类型包括铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池等。
不同类型的蓄电池有不同的充电原理，但基本原理是相同的：在充电过程中，外部电源提供电流，通过化学反应将电能储存到蓄电池中；在放电过程中，蓄电池的化学反应将储存的电能转化为电流输出。
2. 常见的蓄电池充放电方案2.1 恒定电流充电方案恒定电流充电是一种常见的充电方式，其原理是在充电过程中保持恒定的充电电流。
典型的恒定电流充电方案包括恒定电流充电、恒定电流恒定电压充电等。
恒定电流充电方案适用于大容量蓄电池和长时间充电的情况。
通过控制恒定的充电电流，可以有效地充满电池，并保护电池免受过充放电的损害。
然而，这种充电方案可能会导致电池表面温度升高，需要注意散热和安全问题。
2.2 脉冲充电方案脉冲充电是一种将脉冲电流注入到蓄电池中进行充电的方案。
这种充电方案通常在短时间内提供高电流，然后在休息时间内停止充电，电池可以在这段时间内恢复。
脉冲充电方案可以提高充电效率和充电速度，减少充电时间，并且对电池的性能和寿命影响较小。
但是，应注意脉冲充电的电流和频率，以免对电池产生过大的压力和损害。
2.3 恒定功率放电方案恒定功率放电方案是一种通过控制放电电流或电压来使电池以恒定功率放电的方案。
这种放电方案适用于需要稳定输出功率的设备或系统。
恒定功率放电方案可以有效地保持电池的电压稳定，防止电压过低引起设备故障。
然而，这种方案也可能导致电池容量及续航时间的减少，需要权衡电池的可用能量和使用时间。
3. 蓄电池充放电方案的优缺点3.1 优点蓄电池充放电方案具有以下优点：- 可以实现电能的储存和释放，满足不同应用的需求；- 充电方案多样，根据实际情况选择合适的充电方式；- 放电方案灵活，可以根据不同负载要求进行调整；- 充放电过程中不产生有害物质，对环境友好。
蓄电池快速充电技术研究
蓄电池快速充电技术研究1. 本文概述随着现代科技的发展，移动设备和电动汽车的普及，对蓄电池快速充电技术的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨蓄电池快速充电技术的原理、发展现状、关键技术以及未来的发展趋势。
文章将简要介绍蓄电池的基本原理和快速充电的基本概念。
接着，我们将深入分析目前市场上主要的快速充电技术，包括其工作原理、优缺点以及在不同应用场景下的适用性。
本文还将讨论快速充电技术对蓄电池寿命、安全性以及环境影响等方面的影响。
我们将探讨快速充电技术的发展趋势，包括潜在的新型快速充电技术以及其在未来能源系统中的角色。
通过本文的研究，我们期望为蓄电池快速充电技术的进一步发展提供理论支持和实践指导。
2. 蓄电池快速充电技术概述蓄电池快速充电技术是在传统充电方式基础上发展起来的一种高效能量补充手段，旨在解决传统小电流慢充方式所导致的充电耗时长、效率低以及资源浪费等问题。
该技术的核心在于精确控制充电过程中的电流、电压及温度，使得蓄电池能够在短时间内安全地吸收并储存大量电能，同时减小极化效应、抑制析气反应和防止过热等副反应的发生。
自20世纪60年代中期开始，快速充电技术的研究取得了重大突破。
美国科学家马斯的研究成果揭示了通过调控充电电流，使其接近或等于蓄电池在特定阶段可接受的最小析气率对应的充电电流，能够有效地加速充电进程。
这一理论奠定了现代快速充电技术的基础，即在充电过程中，动态调整充电参数以遵循最优充电曲线，确保既能实现快速充电，又能最大程度地保护电池寿命和性能。
现代蓄电池快速充电技术涵盖了多种类型电池，包括但不限于铅酸蓄电池、镍氢电池以及锂离子电池等。
对于铅酸蓄电池而言，快速充电需要精细控制充电末期的电压上限以及监测电解液比重和温度变化而在锂离子电池中，除了电压管理外，还需结合电池内部状态参数，如电池荷电状态（SOC）和健康状态（SOH），实施更为复杂的多阶恒流、恒压充电策略。
随着微电子技术的发展，尤其是单片机和智能控制算法的应用，快速充电系统能够实时监测并调整充电参数，实现了对不同类型的蓄电池进行智能、高效的快速充电。
电动汽车蓄电池的充电方案
电动汽车蓄电池的充电方案装备20 kWh蓄电池的电动汽车每行驶100 km耗电15 kWh的情况下，理论上每行驶133 km 就要充一次电。
若保险系数为25%的话，其最大行程只有100 km。
根据电动汽车蓄电池的不同电容量，不久的将来，市场上将会出现功率范围在3〜50 kW的充电设备。
基于充电速度的快慢，人们设想将充电功率提升至200kW。
电动汽车的电压一般为300〜700 V，而蓄电池也可以减轻电网系统的负担，改善电网供电重量。
例如，利用合适的控制软件避开用电高峰时的充电，以便使电网负荷更加均衡。
若停车场有很多车辆同时充电，电动汽车的蓄电池还可以用作“电网缓冲器”。
必要时还可以把蓄电池中存储的电力回馈到电网中。
在这种V2G（车辆到电网）的应用中，电网管理将会更加有效，可以更好地平衡用电高峰。
从电网方面来讲，目前给电动汽车充电的能源通常为230 V 16 A 、3 kW 的直流低压电和400 V 32 A/ 64 A、22 kW/ 44 kW 的三相交流电。
采用直流电充电可实现很高的充电功率。
AC 直流充电时，充电站中配备了把交流电转换为电动汽车所需直流电的转换装置。
为提高充电性能而研发的充电设备避免了电动汽车只能在固定充电站充电的限制，使得转换成直流电的电动汽车动力能够经过充电电缆方便地把直流驱动动力传输到电动汽车的蓄电池中，而车辆只需配备充电保护和充电监控装置即可。
性能可靠的16 A家用充电设施的充电功率已经达到了大约3 kW的水平。
容量为30 kWh蓄电池的充电时间只需8 h,充满电后可连续行驶200km。
这一最大行驶里程对于通常市内驾驶基本足够。
若长途行驶,则应及时再次充电, 可使用的充电设备包括家用充电设备和专用充电电缆等。
电缆中有用于传送数据的导线, 也有用于传送电力的导线和电缆识别的导线。
根据充电时是否有通信需求, 可以规定不同的充电工作方式。
在22/44 kW 的柱式充电站中,电动汽车可在90/45 min 内完成充电, 但快速充电给蓄电池带来的负担较重,如蓄电池中的功率损耗增大、发热以及使用寿命缩短等。
电动汽车电池充电曲线
版本 A/0 充电曲线及说明
页次 1/2 受控状态
受控 生效日期
2015.1.3
1、充电曲线
2、充电过程说明
1）、预充电阶段（S 1）：蓄电池接入充电器后，检测蓄电池电压，对于电压2V/单体以下的蓄电池以0.05C 3A 的电流进行恒流充电，在蓄电池电压达到2V/单体（或时间达到2小时）时转入S 2阶段充电； 2）、恒流充电阶段：以0.15C 3-0.2C 3A 的电流恒流充电，在充电电压达到2.4V/单体（或时间达到5小时）时，转入S 3阶段充电； 3）、恒流充电阶段：以0.1-0.12C 3A 的电流恒流充电，在充电电压达到2.47V/单体（或时间达到2小时）时，转入S 4阶段充电； 4）、恒压限流充电阶段：最大充电电流为0.05C 3A ，恒压充电电压为2.47V/单体，充电至电流降至0.01C 3A （或充电时间达到2小时）时，
版本 A/0 充电曲线及说明
页次 2/2 受控状态
受控 生效日期
2015.1.3
转入S 5阶段充电；
5）、限电压限电流充电阶段：限电压2.67V/单体，限电流0.01C 3A ，充电2小时转入S 6阶段充电；
6）浮充电阶段：浮充电压为2.30V/单体，充电时间为4
小时。
充电标准温度为25℃，随着温度的降低或升高，电压调整为升高或降低3mv/℃.单体。
编制 冷文江 审核 严如意 批准 田广才 日期
2015.1.1
日期
2015.1.2
日期
2015.1.2。
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电动汽车蓄电池的充电方案
装备20 kWh蓄电池的电动汽车每行驶100 km耗电15 kWh的情况下，理论上每行驶133 km就要充一次电。
若保险系数为25%的话，其最大行程只有100 km。
根据电动汽车蓄电池的不同电容量，不久的将来，市场上将会出现功率范围在3～50 kW的充电设备。
基于充电速度的快慢，人们设想将充电功率提升至200kW。
电动汽车的电压一般为300～700 V，而蓄电池也可以减轻电网系统的负担，改善电网供电重量。
例如，利用合适的控制软件避开用电高峰时的充电，以便使电网负荷更加均衡。
若停车场有很多车辆同时充电，电动汽车的蓄电池还可以用作“电网缓冲器”。
必要时还可以把蓄电池中存储的电力回馈到电网中。
在这种V2G(车辆到电网)的应用中，电网管理将会更加有效，可以更好地平衡用电高峰。
从电网方面来讲，目前给电动汽车充电的能源通常为230 V 16 A、3 kW的直流低压电和400 V 32 A/ 64 A、22 kW/ 44 kW的三相交流电。
采用直流电充电可实现很高的充电功率。
AC直流充电时，充电站中配备了把交流电转换为电动汽车所需直流电的转换装置。
为提高充电性能而研发的充电设备避免了电动汽车只能在固定充电站充电的限制，使得转换成直流电的电动汽车动力能够经过充电电缆方便地把直流驱动动力传输到电动汽车的蓄电池中，而车辆只需配备充电保护和充电监控装置即可。
性能可靠的16 A家用充电设施的充电功率已经达到了大约3 kW的水
平。
容量为30 kWh蓄电池的充电时间只需8 h，充满电后可连续行驶200km。
这一最大行驶里程对于通常市内驾驶基本足够。
若长途行驶，则应及时再次充电，可使用的充电设备包括家用充电设备和专用充电电缆等。
电缆中有用于传送数据的导线，也有用于传送电力的导线和电缆识别的导线。
根据充电时是否有通信需求，可以规定不同的充电工作方式。
在22/44 kW的柱式充电站中，电动汽车可在90/45 min内完成充电，但快速充电给蓄电池带来的负担较重，如蓄电池中的功率损耗增大、发热以及使用寿命缩短等。
各个充电站都是按照IEC标准提出的不同要求进行建造的。
这些要求都是根据充电站运用管理者的经营模式提出来的。
这一基于有利于用户使用、有着很高的日常使用可靠性的解决方案还应在实践中接受检验。
另一种电动汽车电力能源补充的方法是更换蓄电池，即用已经充满电的蓄电池换下需要充电的整块蓄电池。
Better Place公司提供的这一解决方案有着很短的蓄电池更换时间，可保持原有的燃油加油站，但这需要型号规格统一的标准化蓄电池，对车辆的个性化设计也有很大的限制。
另外，原来的加油站也要投资购置蓄电池更换时所需的操作仪器和设备。
而把电动汽车的充电和蓄电池更换两种方式结合在一起的电力补充方式，将是一种不错的电力能源补充模式：它既可满足每天行驶100km左右的市内行驶，也可满足长途行驶。
与使用电缆充电技术相比，感应充电技术的最大优点是有利于用户的使用。
在充电时无需电缆，蓄电池无需接触即可完成充电。
这就省略
了所有涉及到电缆、插头和插座的操作。
人们只要将电动车辆停靠在感应充电设备旁，即可自动完成充电。
由于没有电力接触的零部件，因此这种充电方式也满足了最高的安全要求，同样也不会存在因电缆绝缘层受损而带来潜在的风险。
而充电时所产生的磁场也非常弱，仅在充电线圈上才有微弱的磁场，而且电磁场的辐射也符合法律法规的标准规定，绝不会影响健康。
传送到电动汽车中的电力由插座输出的高频交流电进入到车辆底盘的充电线圈中，并形成了交流磁场。
安装在电动汽车中的受电线圈也感应出高频交流电压。
电动汽车的充电器把感应生成的交流电压转换成电动汽车驱动用的直流电压。
虽然感应充电技术比电力充电的解决方案技术上要复杂一些，但它的最大优点是充电站的操作舒适性、安全性和充电设施的简化。
感应充电站没有可见的暗线盒，或者充电柱;相反，感应线圈也安装在地下。
另外，不仅在试验模型中，在实际应用中也已有电动车辆在行驶过程中进行感应充电的实例。
若车辆底盘上安装的线圈朝着车辆行驶方向伸出时，也可以在电动车辆行驶过程中完成感应充电。
在引入这种感应充电方式之后，原则上电动汽车的最大行驶里程不再有任何限制，也可以把蓄电池的电容量设计的更小一些，使其体积更小、重量更轻，成本低。
要做到这一点，首先要满足的前提是道路基础设施的建设。
这一应用听起来有点“将来时”，但在企业内部生产车间的无人驾驶运输设备中以及在没有架空电缆的有轨电车中已经实现了。
由Bombardier公司研发的Primove无架空电缆轻轨电车受电技术是一种利用铁轨间充电线圈系统产生电磁场的感应充电技术，其充电线圈按一定间距配置在两条铁轨之间，安装在轻轨列车底部的受电线圈从轻轨电车刚刚行驶到的充电电磁场中获取能量。
电动汽车对能源供应提出了很高的要求，但上述方案到底哪一种可以在实践中得到落实并发展，我们拭目以待。