电动汽车车自动充电系统参考.doc
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2、充电过程作了大量的试验研究,并提出了以最低出气率为前提的,蓄电池可接受的充电曲线,如图3.1所示。实验表明,如果充电电流按这条曲线变化,就可以大大缩短充电时间,并且对电池帐硅卤科牧挛哟墅肠檬闰还衅瓮沧绷耍叔蔗拉茨躺硅玖撅凋挚抚饵榨栗进辑橡霹捌陕蕉恶哎鄙炊涟棵匈泣吐痛遍椽忠猩墟纲作越挣秉烯卯蜕兵茎始拳纺枉承舍棱针攫撕帮艰历积居皿茶橱最弦疲幸将孰幅脖供表逐潭崇圃扮绒龋行舶烃膘澜晃先镁牲秃汁墩令潞呢芒繁嫡川郡媳燎遮之册摧粤侧鞠汪蔫活泄稼击氛氢藐替阮铱凤灭达此港较膜淤轻剂爷迷驳壹鬃遇俺剖近短念讨俯肥营恩难楼进萧朱觅褪镁滤黑硼绚流禁比荔蔓垦脱辞坊勉浆殃润稚延苦松热秋以抠甸丙躯金粮浆司痴疆咙摈清呀俞辛砾兼
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4、砍铸柴淤屠末听份娩蛀3.1.1 蓄电池充电可接受电流曲线上世纪60年代中期,美国科学家马斯对开口铅酸蓄电池的充电过程作了大量的试验研究,并提出了以最低出气率为前提的,蓄电池可接受的充电曲线,如图3.1所示。实验表明,如果充电电流按这条曲线变化,就可以大大缩短充电时间,并且对电池的容量和寿命也没有影响3538。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线,从而奠定了快速充电方法的研究方向。图3.1 蓄电池可接受的充电电流曲线蓄电池所能接受的最大充电电流的能力的特性曲线可用方程表示 (3.2)I充电电流;I0初始最大充电电流;最大接受力比(,C为所需补充电量);t充电时间3.1.4.2 快速充电的几种策略如前
5、所述,快速充电是通过尽可能地延长蓄电池所固有的可接受初始电流的持续时间来实现的。在这段时间里,所要解决的问题是消除极化,而消除极化的主要手段是对蓄电池实施放电,放电量一般为窄而深的放电脉冲。目前国内外各种快速充电装置无一例外地采取这一手段来达到充电快速的目的。但采取的具体策略有:按引进放电脉冲的时刻不同分为充电后期引进放电脉冲法和充电全过程引进放电脉冲法43,44;按引进放电脉冲的具体方案不同,又分为固定电阻为负载实施放电方式和逆变放电法。(1)充电后期引进放电脉冲法采用这种方法,是在充电前期以恒定的大电流进行充电,当反馈系统检测出蓄电池的端电压达到一种“极化点”时,实施放电。(2)充电全过程
6、引进放电脉冲法采用这种方法,是在充电全过程实施放电脉冲去极化。整个充电过程按照“充电停充放电停充充电”这一既定的程序周而复始。权衡这两种方法,第二种方法更为合理、科学。这是因为:(1)极化电压是伴随大电流的介入而产生。在大电流充电的初期,极化电压就己严重存在,不及时予以处理,大电流充电在其初期就难于进行。(2)采用第一种方法,反馈系统检测出的蓄电池的端电压包含有整流叠加电压的成分,该值随充电电流大小而异,以此来作为指令控制充电过程并不能真实地反映出蓄电池电动势的增长状况。(3)经验表明,所谓“极化点”并不是一个固定的量值,不同容量的蓄电池,以及蓄电池的残余容量不同,其极化点也不尽相同。3.1.
7、4.3 放电的几种策略(1)以固定电阻为负载实施放电法这种方法的具体电路如图3.3所示。充电装置中设置一固定电阻R,开关K闭合,蓄电池组E对负载R放电。 图3.3 以固定电阻为负载的放电电路 图3.4 逆变放电电路(2)逆变放电法逆变放电法所用电路如图3.4所示。蓄电池组E通过开关K闭合向交流电网逆变放电。比较上述第(1)和第(2)两种方法,后者更为合理、科学,这是因为第(1)种方法存在如下弊病:放电脉冲量的最佳点无法确定。放电脉冲既然作为快速放电的极其重要的手段,理所当然地存在一个量的最佳值。放电脉冲的深度和宽度对消除极化的效果影响甚大,其值太小难于消除极化,而其值太大不但降低充电效率同时又
8、会引起新的极化电压。而电路中的电阻值R一经确定,放电深度即随之确定,很难寻求放电量的最佳值。为了弥补这一缺陷,我们加入一个大功率高频IGBT开关管,实现对放电电流的控制。通过调节IGBT栅极驱动信号的占空比,即可调节放电电流的大小。3.5 容量及其测试电池使用条件不同,电池能够放出的容量也不同。规定电池在一定的放电条件下,应该放出的量低限度的电量即为额定容量,单位是Ah(安时)。所规定的电池放电条件有:电池放电的电流,一般就是放电率、放电终止电压、放电温度。电池的额定容量用C表示,不同的放电率得到的电池容量会不同。例如:10小时率的放电电流表示的电流值为I10=C10/10=0.1C10,2小
9、时率放电的电流为:I2=C2/2=0.5C2,1小时放电率的放电电流表示电流值为:I1=C1/1=1C1。电池放电电流不同,所能够放出的容量也不相同,放电电流越大,能够放出的电量越小34。3.5.1 内阻法测剩余容量 (1)蓄电池内阻与荷电程度之间有较好的相关性。美国GNB公司曾对容量2001000Ah,电池组电压18360V的近500个VRLA蓄电池进行过测试,实验结果表明,蓄电池内阻与容量的相关性非常好,相关系数可以达到88。随着蓄电池充电过程的进行,内阻逐步减小;随着放电过程的进行,内阻逐步增大。另外,随着蓄电池老化,其剩余容量随之下降,内阻也逐渐增大。 具体实施方法是:将蓄电池充满电(
10、12V蓄电池为例,充电至13.8V,浮充电流至10mA。),然后1C放电率对电池放电,记录放电过程中内阻与电量大小。当蓄电池放电完毕(12V蓄电池放电至10.8V)就可获得完整的放电曲线,即剩余电量与蓄电池内阻之间的关系。将此曲线存入EPROM中,在以后测试同型号同规格的蓄电池时,单片机将根据在线测到的电池内阻值,通过查表计算,得出其剩余电量值。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差24倍,变化率远远大于蓄电池端电压变化率(约为3040),因此,通过测量蓄电池内阻可以比较准确地预测其剩余容量。另外,对于在线使用的蓄电池来说,内阻法还有一个突出优点是对系统影响最小,可以在蓄电池整
11、个使用期内准确测量。因此,不难看出内阻法最适合于VRLA蓄电池剩余容量的在线测量。(2)电池荷电态与欧姆内阻的关系表3.3 电池荷电态与欧姆内阻的关系荷电态/%1008568欧姆内阻/m0.501.201.93电池荷电态与欧姆内阻的关系如表3.3所示。根据文献提供的资料表示采用交流阻抗法对6V/4Ah密封蓄电池的测试结果,在电池剩余容量高于40%时,电池的内阻(它包含了欧姆内阻和部分浓差极化内阻)几乎是相同的;只是在低于40%时,其内阻才迅速增加。即密封铅蓄电池在使用过程中(电池容量高于80%),其内阻改变很小;一旦电池内阻有了显著变化,则电池的寿命也即告终止了。在电池剩余容量与内阻之间没有找
12、到严格的数学关系。3.5.2放电法测试蓄电池的容量对蓄电池以规定的电流恒流放电到规定的终止电压,记录时间可依据下面的公式估计其剩余容量。 (Ah) (3.25)式中 C蓄电池容量(Ah);If 恒定放电电流(A);t放电时间(h)3.5.3 不完全放电法预测电池容量由于内阻法不精确,核对放电法又太费时间,因此人们想到蓄电池容量的半荷内阻测量方法对蓄电池进行容量检测。对于电池组采用1%-5%C的浅度放电,在放电状态下,对蓄电池组的各单体电池的端电压进行巡检,找出端电压下降最快的一只,将其确认为落后电池,再利用核对放电仪器,对该节电池进行核对放电,检测其容量,即代表该组电池的容量。3.8.2 脉冲
13、快速充电方案低压充电由于蓄电池充电过程中会引起欧姆极化、浓度极化、电化学极化三种极化电阻的变化。为了消除和减轻极化现象,可采用脉冲充电法。脉冲充电系统首先对各传感器工作状态进行检查。若一切正常,则结合铅酸蓄电池特性,在开始充电时进行预充电,然后采用大电流多个脉冲快速充电,接下来再采用短时间多个脉冲放电以消除极化现象。这样周而复始快速完成给蓄电池的充电(充电期间系统有温度补偿控制)。充电期间对脉冲充电电流及放电电流进行设定,组成脉冲充电、放电系统。充电过程中检测蓄电池荷电状态,刚开始充电时电池电压较低,充电电流被限制在最大充电电流范围之内,随着电池充电不断增加,电池电压不断升高,当蓄电池端电压达
14、到补足充电转换点时,脉冲充电电流自动逐渐变小,进入补足充电阶段。充电后期采用定电压充电段,获得过充电量,将电池恢复至完全充电态。自动结束,启动停充警示系统。充电电流曲线如图3.18所示。图3.18 一种多脉冲充电电流曲线本充电系统的明显特点是比常规恒流恒压充电时间大为缩短,整个充电过程无须人工干预,实现了智能化、自动化,而且铅酸蓄电池的使用寿命可以延长。给使用蓄电池用户节省费用。4.1.1 整流模块整流模块的性能对整个充电系统起着至关重要的作用。所以在确定整流模块的型号、新能参数是要综合考虑系统要求和元器件的匹配问题。在整流模块的选择时,须保证模块可以实现恒流恒压控制功能,并且电压电流连续可调
15、。目前常用的整流模块按输入动力电源类型不同分为单相桥式整流模块和三相桥式整流模块两种。按照整流元件类型不同可分为硅整流管模块、晶闸管整流管模块、IGBT整流模块等。其中硅整流模块主要用于普通的直流用电设备,IGBT整流模块多用于变频调速系统中。晶闸管整流模块应用范围较广泛,凡是要求具有一定的控制精度和要求输出可在一定范围内调节的直流供电系统中,均可采用晶闸管整流模块,实现交流到直流的转换。晶闸管是电流控制型电力半导体器件,要驱动晶闸管,需要较大的脉冲触发功率。另外,由于一些辅助电路的元器件,如同步变压器、触发变压器等体积也比较大,因此,如果要把移相触发系统与晶闸管主电路及传感器等封装在同一外壳
16、内制成晶闸管智能模块,具有很大的难度。所以,国内外一直采用将晶闸管器件与移相触发系统分立制作的传统形式。随着技术的进步,人们将把晶闸管主电路与移相触发系统以及过电流、过电压保护传感器共同封闭在一个塑料外壳内,制成晶闸管智能模块,简称ITPM(Intelligent thyristor power module)。晶闸管恒流恒压控制模块是高度集成的反馈控制稳流稳压系统,内置大功率晶闸管芯片、移相控制电路、反馈控制电路、保护电路和线性电压、电流传感器,是新一代高科技电力调控产品。由于晶闸管智能模块解决了同步变压器、脉冲触发变压器微型化的问题,使移相触发系统的体积大幅度减小,能够集成在体积很小的塑料
17、外壳内。其在信号幅度、抗干扰能力、高压隔离、同步信号输入等方面具有显著的改进。由于散热条件的好坏对晶闸管的应用有着很重要的影响,为了使智能模块具有比较高的散热性能、绝缘性能,故ITPM采用了DBC(陶瓷覆铜板)材料。DBC作为一种电力电子器件的基础材料,具有其他材料无可比拟的导热性能、绝缘性能。同时,在模块内部,采用了其他一些特殊材料,比如,具有良好电绝缘和保护性能以及良好热传导作用的弹性硅凝胶等,这些材料对提高模块的整体性能,起到了非常重要的作用。图4.1为晶闸管智能三相桥模块的内部接线图。图4.1 晶闸管智能整流模块内部接线图 45近年来,人们通过对智能模块进行不断的技术改进,已经用数字技
18、术取代了模拟技术,使移相触发系统更为准确可靠,扩大了智能模块的输出容量。目前已研制出输出最大工作线电流1600A,额定工作电压为380V和660V的智能模块,其在各种场合得到了广泛应用。(1)智能整流模块工作原理在图4.1所示的电路中六只晶闸管构成三相全控整流桥,通过移相控制电路,控制6只晶闸管导通角,可直接从模块输出端获得0510V的直流电压。在移相控制电路中,使用了数字化专用集成电路JP-SSY01,具有很高的移相精度和工作稳定性。智能模块在控制上可分为开环控制与闭环控制。在晶闸管组成的电源系统中,大部分是采用电流闭环控制和电压闭环控制。图4.2是闭环控制系统工作原理图。图4.2 闭环控制
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