电动汽车铅酸蓄电池智能充电及其策略

摘要 为提高电动汽车铅酸蓄电池寿命和续航能力，实现蓄电池高效、快速充电，设计了一种智能充电系统。硬件采用DC／DC正激变换电路实现功率的转换，同时以单片利为智能控制核心，并利用DS18B20采集电池温度。软件上根据蓄电池快速充电原理，提出一种分阶段定电流和正负脉冲相结合的新型充电控制策略。利用模块化设计方法，完成各功能模块设计，以及利用数字PI算法实现分阶段电流恒定。实验证明，采用新型控制策略的智能充电系统对蓄电池进行充电，减少了充电时间，提高了充电效率。
关键词 智能充电；正激变换；控制策略；模块设计

随着石油能源不断消耗，电动汽车以其节能环保特性被世界各国研究和推广。然而动力电池一直是制约电动汽车发展的最大瓶颈。阀控免维护铅酸蓄电池(VRLA)凭借其制造成本低、容量大、电压稳定等优点成为电动汽车的主要动力设备。但若蓄电池使用不当，其寿命会大大缩短。经研究发现，充电过程对电池寿命影响最大，放电过程影响相对较小。因此充电系统，对蓄电池的寿命起决定性影响。
传统的充电方法是通过加大充电电流，达到快速充电的目的。但大电流充电必然会导致蓄电池过流、过温、极板极化等现象，严重影响蓄电池寿命。若以小电流慢充，虽然对蓄电池寿命影响较小，但充电时间会相对延长。为解决充电时间与电池寿命的矛盾问题，通过对蓄电池充电过程内部化学特性的了解，提出一种新的充电控制策略，实现蓄电池高效、快速、无损害充电。

1 充电控制策略
1．1 快速充电技术的理论基础
20世纪60年代，美国科学家马斯以最低析气率为前提，提出蓄电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电电流曲线，其方程为

式中，i为任意时刻t时的蓄电池可接受充电电流；I0为最大可接受充电电流；a为衰减率常数，也称为充电可接受比。
1972年，马斯又在第二届电动汽车大会上提出了著名的马斯三定律，奠定了快速充电的基础。
第一定律：一个蓄电池以任何给定电流放电，它的充电接受率a和放电容量C的平方根成反比，即

式中，K为放电电流常数；C为蓄电池放电的容量。
第二定律：对于任何给定的放电深度，一个蓄电池的充电接受率a和放电电流Id的对数成线性关系。即
a=K2lgkId (3)
式中，K2为放电量常数，视放电深度而定；k为放电常数。
第三定律：一个蓄电池经几种放电率放电，其充电接受电流是各个放电率下接受电流之和。即
It=I1+I2+I3+… (4)
式中，I1，I2，I3，…为各放电率下的充电电流。
马斯三定律表明，在充电过程中，当充电电流接近蓄电池可接受充电电流曲线时，适时的停止充电，并在停止过程中加入放电脉冲，可以消除极化现象，提高蓄电池的充电接受能力，从而大幅提高充电速度，对蓄电池的容量和寿命不造成影响。
1．2 充电控制策略
根据马斯三定律的理论基础，实验以12 V／12 AH铅酸蓄电池为对象，设计的充电控制策略，将充电过程分为三个阶段：大电流恒流、正负脉冲快速充电、恒压补足充电，如图1所示。该蓄电池额定电压为12 V，充满电时端电压约为14．7 V，放完电时端电压约为10．8 V，充放电过程中电池温度若达到45℃，蓄电池极化现象严重、极板活性物质开始脱落。