电动车用MH_Ni电池快速充电系统
两轮电动车常用电瓶的种类
两轮电动车常用电瓶的种类随着电动车的普及，电瓶作为电动车的重要组成部分，也变得越来越重要。
在市场上，常见的电动车电瓶种类有两种：铅酸电瓶和锂电瓶。
1. 铅酸电瓶铅酸电瓶是传统的电动车电瓶，也是目前市场上应用最广泛的电瓶之一。
它采用铅酸电解液，正负极分别由铅和铅氧化物组成，分为蓄电池和充电电池两种类型。
铅酸电瓶的优点是成本较低、技术成熟、安全性较高，并且对环境友好。
但是，铅酸电瓶的能量密度较低，重量较大，寿命相对较短，需要定期充电和维护。
2. 锂电瓶锂电瓶是近年来逐渐兴起的新型电动车电瓶，它利用锂离子在正负极之间的迁移来储存和释放电能。
锂电瓶的优点是体积小、重量轻、能量密度高、寿命长，并且具有良好的充放电性能。
相比铅酸电瓶，锂电瓶的充电效率更高，充电时间更短，使用寿命更长。
此外，锂电瓶还具有无记忆效应、自放电率低等特点。
然而，锂电瓶的成本较高，且对环境有一定的污染，对温度和电流的要求也较为严格。
除了铅酸电瓶和锂电瓶，还有一些其他类型的电瓶在市场上有所应用，如镍氢电池（Ni-MH）、镍镉电池（Ni-Cd）等。
这些电瓶在特定领域有一定的应用，但在电动车领域的应用较为有限。
总的来说，铅酸电瓶和锂电瓶是目前市场上两种常见的电动车电瓶种类。
铅酸电瓶成本低、安全性高，但重量大且寿命较短；锂电瓶体积小、重量轻、寿命长，但成本较高且对环境有一定污染。
根据不同的需求和预算，消费者可以选择适合自己的电动车电瓶类型。
为了延长电瓶的使用寿命，消费者还应该注意合理充电和维护，避免过度放电和过度充电，定期检查电瓶的使用状态。
同时，随着科技的发展，相信未来还会有更多新型的电瓶问世，为电动车的发展注入新的动力。
电动汽车用MH／Ni电池剩余容量智能预测研究
制与神 经 网络 的结合 ， 以建 立一 个精 确 而 有 效 的 可
Ｓ ＯＣ 智 能预 测 系统 。
“ ｒ ｉ ｓ ｇ” ｍ ａ ｈ ｍ ａ ｉ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｔａｎ ｃ ｔｅ ｔ ｌ ｃ ｔ ｏ ．Ｔｈ Ｂ ｎ ｕ ａ ｅ Ｐ ｅ ｒｌ
ｎｅ ｗｏ ｋ ｉ ｉａ ｅ ｈｅ ｃ ｒ ｌ ｔｏ ｔ ｅ ｅ ｉ— ｔ ｒ ｎｄ ｃ ｔ ｓｔ ｏｒ ｅａ ｉ ｎ ｂｅ ｗｅ ｎ ｏｐ ｎ ｃｒ ｃ ｉ ｏｌａ ｎｄ ＳＯＣ．Ｔｅ ｔ ｎｄ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｓ ｕ ｔｖ ｔ ｇｅ ａ ｓ ｓ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏｗ ｔ ａ ｔ ｉ ｔ ｌｉ ｅ ｍｅ ｈｏ ｃ ｎ ｃ ｕ ａ ｅ ｙ ｈ ｈ ｔ ｈｅ ｎ ｅ ｌｇ ｎｔ ｔ ｄｓ ａ ａ ｃ ｒ ｔ ｌ
ｗ ｕ Ｚ ｅ ｊ ｎ ． Ｈ Ｎ Ｚ ｎ —ｚ ａ ｇ ｈ ｎ— ｕ Ｃ Ｅ ｏ ｇ ｈｎ
（ ．Ｈｕ ａ ｉ ｅ ｓ ｔ ． ａ ｇ ｈ ０ ８ Ｃｈ ｎ ； ． ｅ ｅ ｔｅ ｙ Ｓ ｅ ｚ ｅ ． ｄ． ｈ ｎ ｈ ｎ ５ ８ ４ Ｃｈ ｎ ） １ ｎ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４１ ０ ２． ｉａ ２ Ｌ ｘ ｌ Ｂａ ｔ ｒ ｈ ｎ ｈ ｎ Ｃｏ Ｌｔ Ｓ ｅ ｚ ｅ １ ０ ０． ｉ ａ
摘要 ： 为有效 地 对 电动 车 电 池 剩余 容 量 进 行 预
测， 在分 析 了 自适 应模 糊神 经推 理 系统 （ ＡＮＦ Ｓ 的 Ｉ） 网络 结构后 ， 用湖 南大 学 自主研 发 的 Ｅ 利 Ｖ一３电动 汽车 充放 电 实验数 据 ， 立 了 ＭＨ／ 电池 的 Ａ 建 Ｎｉ Ｎ—
与 实 现 ［］ 计 算 机 工 程 与 应 用 ．０ ４ ３ （０ ：２ ２ ， Ｊ． ２ ０ ，６ ２ ） 数 据 帧 的统 一 定 义 位 ， Ｉ 数 ＬＮ 据帧 就转换 为 Ｃ ＡＮ数 据 帧 了 。
金属氢化物-镍蓄电池及其在电动自行车上的应用
２ 工作 原理 及其性能特 点
氢 镍 电池 以金属氢 化物 为 负极 ，氢氧 化镍 为
于贮氢合金 的催化作用 ，过充 电在正极上产生 的氧 气和过 放电产 生的氢气均可在 负极上消 除掉 ，从而 使 电池具 有耐过充 电和过放 电能 力。这就 是为什 么
正极 ，氢氧 化钾 水溶 液为 电解液 。充 、放 电过 程
低 ，出现 所谓 的 一△ Ｕ （ 是 由于 电池 电压 的 负 这
温度 系数 特性 所造成 的 ） 。 图 １是 电池 电压和 温度 变 化的 特征 曲线 ，为 我们 实施 充 电保护提 供 了重 要依据 ，各厂 家 可 以 根据 各 家 电池性 能 设计 出适 合 的 充 电保 护 电路 ， 如采 用充 电终止 电压 、 充 电终 止温 度 、温 度 变化
Ｎ（ ）＋ ＮＯＯＨ＋ ２ ＋ｅ ｉ ＯＨ ２ ＯＨ ＨＯ Ｍ ＋Ｈ Ｏ ＋ｅ ＭＨ ＋ＯＨ ＋△Ｈ ２ — ４ ０Ｈ — Ｈ Ｏ ＋Ｏ２ ｅ ２ ２ ＋４ ２ ２ ＋Ｏ２ ｅ ４ ＨＯ ＋４ — ＯＨ ＋ △Ｈ ＮＯＯＨ＋ ２ ｉ Ｈ Ｏ＋ｅ Ｎ（ ）＋ — ｉ ＯＨ ２ ＯＨ ＭＨ＋ＯＨ — ＋Ｈ Ｏ ＋ｅ Ｍ ２ ２ ２ Ｈ Ｏ＋２ — Ｈ ＋ ０Ｈ ｅ ２ ２ Ｈ ＋ ０Ｈ －￣Ｈ ０ ＋２ ２ ２ －２ ２ ｅ
总电池反应：
ＭＨ＋ ｉ ＮＯＯＨ Ｍ＋ （ ） Ｎｉ ＯＨ ２ （ ９）
从 上 述 反应 过 程 我们 可 以看 出氢 镍 电池充 、 放 电过 程有 如下特 点 。 ２ １ 氢镍 电池有 一定 的耐 过充 电和过放 电能 力 ．
从 氢镍 电池过 充 电和 过 放 电反 应过程 看 ，由
２ ２ 充 电特 性 ．
镍 电池有 较好 的充 电接 受能 力 ，加上 上 述合 适 的 充 电控 制 实现 了快 速 充 电 ，快速 充 电是 氢镍 电池
第1章 MH-Ni电池概述
第1章MH-Ni电池概述1.1 MH-Ni电池的发展概况MH-Ni 电池是继Cd-Ni电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、大功率、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。
与Cd-Ni电池相比，MH-Ni电池的容量提高50％以上，消除了Cd对环境的污染，可以实现快速充电；MH-Ni电池的工作电压为1.2V，可与Ni-Cd电池互换使用；MH-Ni 电池比Cd-Ni电池有更高的能量贮存能力，高能型MH-Ni 电池的比能量可达到95Wh•kg-1，高功率型镍氢电池的比功率达到900W•kg-1，循环使用寿命超过1000次，工作环境温度为-40℃～+55℃，高低温工作容量损失小。
MH-Ni电池是一种绿色环保电池，由于贮氢合金材料的技术进步，大大的推动了镍氢电池的发展，而且淘汰Cd-Ni电池的步伐也已加快，MH-Ni电池发展的黄金时刻已到来。
MH-Ni电池的技术发展大致经历了三个阶段：第一阶段即六十年代末至七十年代末为可行性研究阶段；第二阶段即七十年代末至八十年代末为实用性研究阶段；1984年开始，荷兰、日本、美国都致力于研究开发储氢合金电极。
1988年，美国Ovonic公司，1989年，日本松下东芝三洋等电池公司先后开发成功MH-Ni电池。
第三阶段即九十年代初至今为产业化阶段。
我国于80年代末研制成功电池用贮氢合金，1990年研制成功AA型MH-Ni电池，截止2005年底，全国已有数一百多家企业能批量生产各种型号规格的MH-Ni电池，国产MH-Ni 电池的综合性能已经达到国际先进水平。
在国家“863”计划的推动下，MH-Ni 动力电池是十五计划我国电池行业重点之一，MH-Ni 电池作为动力在电动汽车和电动工具方面应用的研究已经取得了一定的成就，目前MH-Ni 电池逐步向高能量型和高功率型双向发展。
1.2 MH-Ni电池的基本原理1.2.1 MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池是一种碱性电池，负极采用由贮氢材料作为活性物质的氢化物电极，正极采用氢氧化镍（简称镍电极），电解质为氢氧化钾水溶液，其电化学式可表示为：(－)M/MH︱KOH(6M)︱Ni(OH)2/NiOOH(+)式中M代表贮氢合金；MH代表金属氢化物。
锂离子电池在电动汽车中的应用
锂离子电池在电动汽车中的应用【摘要】：在环境污染日益严重、能源消耗日益加剧的今天，能源成为了我们迫切需要解决的问题之一。
如今，新能源得到了人们的认同和推广,新能源汽车在汽车发展方向备受关注。
近年来，锂离子电池已被研究人员用在电动车上作为动力能源，成为电动车发展的一个新趋势。
相对以前的电池，锂离子电池中无镉、汞、铅三种元素，这与我们国家的可持续发展战略的要求相符合。
本文介绍了锂离子电池在电动汽车中的应用、特点及原理。
【关键词】：新能源、锂离子、汽车、应用近些年来，随着人们生活水平的提高及环境保护意识的的增强，人们都意识到能源是一个很值得关注的问题。
出于能源和环境的考虑，电动汽车在各国政府和汽车制造商的推动下得到了快速的发展，其中，纯电动汽车以其能真正实现“零排放”而成为电动汽车的重要发展方向1。
锂离子电池凭借其优良的性能成为新一代电动汽车的理想动力源，它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、也无二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛，是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想的车用蓄电池2。
缺点是价格较贵、安全性较差。
现已有的一些新型材料有：钴酸锂，锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等，他们很大程度上提高了锂离子电池的安全性。
1、锂离子蓄电池：1.1 锂离子蓄电池作为动力电池的简介：锂离子蓄电池是通过涂在电极上的活性材料存储和释放锂离子，即通过锂离子在电极活性材料上的脱附来存储电能。
锂离子动力蓄电池分为单体电池、模块和系统等三个层次，将若干个锂离子蓄电池的单体电池组合成带有监测电路、电气和通讯接口及通风散热功能的蓄电池管理系统。
动力蓄电池模块可由上百个单体电池串联及并联而成。
串联的目的是提高蓄电池模块总电压，并联的目的是提高蓄电池模块容量3，将这些锂离子电池用在车上作为动力源成为电动汽车的一个重要发展方向，目前已经有公司致力于这方面的研究和推广，成效显著。
1.2 锂离子蓄电池的特点4：锂离子电池有许多优越特性，比如高能量，较高的安全性，工作温度范围宽，工作电压平稳、贮存寿命长(相对其他的蓄电池)。
第1章 MH-Ni电池概述
第1章MH-Ni电池概述1.1 MH-Ni电池的发展概况MH-Ni 电池是继Cd-Ni电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、大功率、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。
与Cd-Ni电池相比，MH-Ni电池的容量提高50％以上，消除了Cd对环境的污染，可以实现快速充电；MH-Ni电池的工作电压为1.2V，可与Ni-Cd电池互换使用；MH-Ni 电池比Cd-Ni电池有更高的能量贮存能力，高能型MH-Ni 电池的比能量可达到95Wh•kg-1，高功率型镍氢电池的比功率达到900W•kg-1，循环使用寿命超过1000次，工作环境温度为-40℃～+55℃，高低温工作容量损失小。
MH-Ni电池是一种绿色环保电池，由于贮氢合金材料的技术进步，大大的推动了镍氢电池的发展，而且淘汰Cd-Ni电池的步伐也已加快，MH-Ni电池发展的黄金时刻已到来。
MH-Ni电池的技术发展大致经历了三个阶段：第一阶段即六十年代末至七十年代末为可行性研究阶段；第二阶段即七十年代末至八十年代末为实用性研究阶段；1984年开始，荷兰、日本、美国都致力于研究开发储氢合金电极。
1988年，美国Ovonic公司，1989年，日本松下东芝三洋等电池公司先后开发成功MH-Ni电池。
第三阶段即九十年代初至今为产业化阶段。
我国于80年代末研制成功电池用贮氢合金，1990年研制成功AA型MH-Ni电池，截止2005年底，全国已有数一百多家企业能批量生产各种型号规格的MH-Ni电池，国产MH-Ni 电池的综合性能已经达到国际先进水平。
在国家“863”计划的推动下，MH-Ni 动力电池是十五计划我国电池行业重点之一，MH-Ni 电池作为动力在电动汽车和电动工具方面应用的研究已经取得了一定的成就，目前MH-Ni 电池逐步向高能量型和高功率型双向发展。
1.2 MH-Ni电池的基本原理1.2.1 MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池是一种碱性电池，负极采用由贮氢材料作为活性物质的氢化物电极，正极采用氢氧化镍（简称镍电极），电解质为氢氧化钾水溶液，其电化学式可表示为：(－)M/MH︱KOH(6M)︱Ni(OH)2/NiOOH(+)式中M代表贮氢合金；MH代表金属氢化物。
电动车四大种类蓄电池 (1)
电动车四大种类蓄电池目前能够被电动自行车采用的有以下四种动力蓄电池，即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池。
1、铅酸蓄电池:目前市场上能够大量提供的是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池已经有130年的历史了，可以说是使用最多的蓄电池。
它的性能可靠，生产工艺成熟，价格也较低。
目前已商品化的电动自行车的绝大多数是使用的密封式铅酸蓄电池，使用中不需要补充水分，免维护。
其主要化学反应是：PbO2+2H2SO4+Pb←充电、放电→ PhSO4+2H2O+PhSO4铅酸蓄电池充电时变成硫酸铅的阴阳两极的海绵状铅把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中，分别变成海绵状铅和氧化铅，电解液中的硫酸浓度不断变大；反之放电时阳极中的氧化铅和阴极板上的海绵状铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，而电解液中的硫酸浓度不断降低。
当铅酸蓄电池充电不足时，阴阳两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣；反之如果电池过度充电，阳极产生的氧气量大于阴极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，电池寿命大大缩短。
铅酸蓄电池重量比能量为28-40 Wh/Kg，体积比能量64-72 Wh/I，太重、太大，而提供的电能较少，使用寿命较短，作为电动自行车的动力电源一般只能够使用一年左右，若是性能差或使用不当的只有二、三个月。
此外，铅酸蓄电池还有深度放电能力和低温放电能力较差，不能快速充电（但是近来在铅酸蓄电池的快速充电的研究方面已有些进展）等缺点。
铅酸蓄电池的改进型——胶体铅酸蓄电池，用胶体电解液代换硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通铅酸蓄电池有改善。
但是总而言之，从长远看，铅酸蓄电池在电动车上的利用前景不佳。
报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染，这也是有些地方政府不肯支持电动自行车大量上路的重要原因之一。
一种Ni-MH动力电池负极用的复合粘结剂[发明专利]
![一种Ni-MH动力电池负极用的复合粘结剂[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8d92b138f68a6529647d27284b73f242336c31cc.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2010.06.23*CN101747571A*(21)申请号 200810227759.8(22)申请日 2008.12.02C08L 27/18(2006.01)C08L 9/06(2006.01)C08L 1/26(2006.01)H01M 4/62(2006.01)H01M 4/04(2006.01)(71)申请人北京有色金属研究总院地址100088 北京市新街口外大街2号(72)发明人钟晓亮 朱磊 简旭宇 尉海军王忠 蒋利军 刘晓鹏(74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理有限公司 11100代理人程凤儒(54)发明名称一种Ni-MH 动力电池负极用的复合粘结剂(57)摘要一种Ni-MH 动力电池负极用的复合粘结剂，由下述重量配比的成分组成：羟丙基甲基纤维素(HPMC)0.15重量份～0.35重量份、羧甲基纤维素钠(CMC)0.15重量份～0.35重量份、含60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水悬浊液0.15重量份～0.35重量份和含50重量％丁苯橡胶(SBR)的水悬浊液0.15重量份～0.35重量份。
一种采用Ni-MH 动力电池负极用的复合粘结剂制备负极片的方法，(1)将羟丙基甲基纤维素(HPMC)和羧甲基纤维素钠(CMC)加入水搅拌，再添加乙炔黑，搅拌；(2)加水；(3)添加储氢合金粉，滴加聚四氟乙烯(PTFE)的水悬浊液和丁苯橡胶(SBR)的水悬浊液；(4)得到浆料后密封静置；(5)将浆料涂在泡沫镍上，制成负极片。
本发明的复合粘结剂降低了成本，提高了Ni-MH 电池负极在低温高倍率环境下的容量和充电效率。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页CN 101747571 AC N 101747571 A1.一种Ni-MH动力电池负极用的复合粘结剂，其特征在于，该复合粘结剂是由下述重量配比的成分组成：羟丙基甲基纤维素(HPMC)0.15重量份～0.35重量份、羧甲基纤维素钠(CMC)0.15重量份～0.35重量份、含60重量％聚四氟乙烯(PTFE)的水悬浊液0.15重量份～0.35重量份和含50重量％丁苯橡胶(SBR)的水悬浊液0.15重量份～0.35重量份。
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作者简介:片春媛(1969-),女,新乡学院物理系讲师,工程师,研究方向:电源技术及自动控制,本文联系人;刘俊峰(1968-),男,新乡学院物理系高级工程师,研究方向:电源技术及自动控制。
电动车用MH/Ni 电池快速充电系统片春媛,刘俊峰(新乡学院物理系,河南新乡 453000)摘要:为了解决电动车用MH/Ni 电池的快速充电问题,提出了充电终止的方法。
在充电过程中对电池组的多个参数进行实时监测,通过参数运算和逻辑判断,控制充电过程的结束;采用充电去极化放电脉冲提高充电效率。
快速充电系统的数据采集精度高于015%。
自动导引车车载24V/90Ah 电池组的应用表明,60d 后电池的SOC 从7010%降至6914%。
关键词:快速充电系统; MH/Ni 电池; 充电终止; 自动导引车(AGV)中图分类号:TM91212 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2008)02-0112-03The quick charge system of Ni/MH battery for electric vehiclePIAN Chun 2yuan,LIU Jun 2feng(Depar tment o f P hysics,Xinxiang Univer sity,Xinxia ng ,Hena n 453000,China)Abstract:In order to solve the quick charge problem of Ni/MH battery for electric vehicle,the charge ending method wasdeveloped 1It provided a real time monitoring of a number of parameters of batter ies in the process of charging 1T he ending of charge process was controlled by parameter calculating and the logic judging 1The charge efficiency was improved by adopt ing depolarization di scharge pulse in charge 1T he accuracy of data acquisition of the quick charge system was higher than 015%1The applicat ion in 24V/90Ah batteries of automatic guided vehicle showed that the SOC of the battery decreased from 7010%to 6914%after 60d 1Key words:quick charge system; Ni/MH battery; charge ending; automatic guided vehicle (AGV)近年来,自动导引车(AGV)[1]、高尔夫球车和电动短程列车等专用电动车辆快速发展。
铅酸电池、Cd/Ni 电池、镍锌电池、MH/Ni 电池和锂离子电池等被选作动力源。
电池需要考虑的因素除功率、容量、比功率和体积等外,还有充电时间和维护的方便程度[2]。
通常情况下,自动导引车等专用电动车对动力电池的要求是必须具备2C 以上的短时间快速充电能力和一定放电深度下数千次以上的循环寿命。
铅酸电池技术成熟、成本低廉[3],但不能进行快速充电,不适合在需要快速充电的场合使用;Cd/Ni 电池可以短时间进行2C 快速充电,寿命长、低温性能好且耐过充放电能力强[4],在需要快速充电的场合得到了广泛的应用,但Cd/Ni 电池的比功率小,增加了车辆的质量和体积,电池需要较为复杂的维护。
密封MH/Ni 动力电池具有比能量高、比功率大、可接受大电流充电和维护简单的优点。
由于耐过充、过放的能力差(相对于开口蓄电池),密封MH/Ni 动力电池应用于电动车时,在电池充放电过程中需要进行过充和过放保护,这就对快速充电设备提出了新的要求。
本文作者研制了适用于自动导引车的MH/Ni 动力电池快速充电系统,并研制了P ZDK 27智能快速充电机。
1 充电终止控制本系统的充电对象是MH/Ni 动力电池。
在充电过程中,电池的内部温度及压力会因为过充电而迅速上升,如果不及时停止充电,充电效率会下降,浪费能源,并可能导致负极贮氢合金氧化和正极膨胀、脱粉以及微应力机械损失等问题,使电池的使用寿命缩短;严重时,还可能会产生爬碱、漏液等问题,甚至发生电池爆炸等事故[5]。
为了防止电池过充,需要对电池的多个参数进行实时检测,并将数据提供给充电站控制系统进行运算和逻辑判断,以便对电池的充电过第38卷 第2期2008年 4月电 池BATT ERY BI MONTHLYVol 138,No 12Apr 1,2008程进行实时控制。
为了判断电池的过充状态和过充先兆,需要检测以下参数:电池组的电压U b 及电压变化率$U b ;单体电池的电压U bc 及电压变化率$U bc ;单体电池的温度t bc 及温度变化率$t b c ;电池组在上次充电结束后放出的容量等。
本系统采用的充电终止控制条件如下:¹单体电池电压的最大值大于U bcm (设定范围1140~1160V)及电压变化率$U bcm 为负,m 代表最大值;º电池组的电压大于nU bcm (U bcm 设定范围1140~1160V,n 为串联的单体电池数目)及电压变化率$U b 为负;此条件适用于单体参数抽样检测的情况。
»单体电池温度的最大值大于t bc (设定范围44~46e )及温度变化率最大值大于$t cb (设定范围3~5e /min);¼充入容量大于上次充电结束后放出容量的K 倍(设定范围110<K <115);½充电总时间大于设定值(根据充入目标容量设定);¾充电电流小于设定值(设定范围0105C 10~0130C 10A )。
同时,通过单体电池电压的一致性来调整恒压充电阶段的恒压值,以得到满意的充电效果。
2 总体设计211 系统功能本系统设计的智能快速充电系统,能实现以下功能:¹可编程控制恒流恒压充电;º去极化放电;»对电池的参数实时检测,并进行数据运算、逻辑判断和分析;¼充电系统故障和电池异常的保护以及报警;½具有友好的人机界面,便于参数设定与数据观察;¾具有输出过压、过流、元件过热和熔断器熔断等多种检测与保护措施;¿具有通信接口,便于与自动导引车或系统中央控制计算机交换信息和数据。
212 充电主回路的设计充电主回路原理简图如图1所示。
图1 充电主回路原理简图Fig 11 P rinciple sketch of battery charging host circuit 从图1可知,三相交流电输入经二极管整流桥变为直流,为降低网侧谐波电流并提高功率因数,直流侧采用LC 滤波器(L1和C1)滤波。
高频逆变部分采用以I GBT 为功率开关器件的全桥拓扑结构,经变压器、输出整流环节、输出LC 滤波器(L2和C2),最后到负载。
IGBT 开关频率选择为20kHz 。
该电源的输出为大电流。
为降低损耗,输出整流电路采用全波整流结构,且整流二极管采用低导通压降的肖特基二极管。
由于二极管电流容量的限制,必须采用多只元件并联[6];为使输出二极管能够自动均流,减小分布电感的压降,高频变压器采用3只小变压器原边串联、副边并联的结构。
充电主回路输出端连接到安装在地面充电板的正负极上,电池的正负极连接到位于自动导引车底部的充电靴正负极上。
当自动导引车需要充电时,会自动定位于充电板上方,使充电板和充电靴对接,实现充电站与车载电池的连接。
213 充电去极化放电脉冲电路MH/Ni 电池充放电时,内部发生如下的化学反应[7]:负极反应:充电时,正极上的Ni(O H)2转变为NiOOH,H 2O 在负极上放电,分解出氢原子吸附在电极表面,这样就会减小极板的有效面积,使极板的内阻增大。
由于极板的有效面积变小,充入全部电量所需的时间增加。
放电时,NiOOH 得到电子转变为Ni(OH)2,MH 内部的氢原子扩散到表面形成吸附态的氢原子,再发生电化学反应。
加入放电脉冲后,负极上的氢与负极板上的OH -复合,这个去极化过程减小了电池的内部压力、温度和内阻;同时,充入电池的大部分电荷都转换为化学能,而不会转变为气体和热量。
采用充电去极化放电脉冲,可提高充电效率并允许大电流快速充电。
为了保持较高的充电效率,设计了去极化负脉冲放电回路,如图2所示。
图2 去极化放电脉冲电路F ig 12 The depolarizat ion discharge pulse circuit当需要去极化时,将图2中的晶闸管VT 导通,电池经过VT 向电容C 充电,直至电容C 充满电,充电电流为零,VT 截止;然后导通功率管V,电容通过VT 对电阻R L 放电,为下一次去极化放电脉冲的形成做准备。
214 控制电路的设计本系统的控制电路,实际上是一个实时的检测和控制系统,作为智能快速充电机的监控中心,完成电池充放电过程的控制操作。
它包括中央处理单元及外围电路,电压、电流和温度等参数的采集电路,人机对话界面,电流、电压调控电路,开关量输出电路和通信接口电路等部分,可实现参数的设置以及显示、调控等功能[8]。
系统结构框图如图3所示。
113第2期片春媛,等:电动车用MH/Ni 电池快速充电系统图3 系统结构框图Fig 13 System structure block diagram本系统采用西门子公司的S72200系列可编程控制器(PLC)作为控制单元,模拟量输入采用EM231模块,模拟量输出后利用S72200系列PLC 的PWM 端口输出脉宽调制的脉冲信号,经有源滤波电路输出模拟给定信号;扩展了智能键盘的液晶显示器为人机对话界面、红外通信接口和RS 2485串行接口,根据现场条件可选择采用红外接口和自动导引车通信,也可通过Mod 2bus 接口和系统中控计算机通信。
3 软件设计本系统采用S72200系列PLC 的CPU 226模块作为主控图4 主程序流程图Fig 14 The flow chart of main pr ogram制单元,采用STEP 27组态软件进行编程,除了实行逻辑控制以外,还进行模拟量采集,模拟量给定,充电电流的PI D 调节及串行口通信功能。