电动汽车快速充电技术研究

中心议题：
    *  智能化变脉冲充电技术基本原理
    * 分段恒流充电智能化控制技术基本原理
解决方案：
    *  智能化变脉冲充电技术和分段恒流充电智能化控制技术

绿色革命的一个重要体现是绿色交通，电动汽车应运而生，其市场需求量也呈现出愈来愈大的趋势。电动汽车充电时间长，充电难是电动汽车推广应用的一个难题。因此，快速充电技术的研究对电动汽车的发展影响重大，意义深远。目前，研究成果比较成熟的快速充电技术主要有智能化变脉冲充电技术和分段恒流充电智能化控制技术。

智能化变脉冲充电技术基本原理：

变脉冲快速充电系统主要由整流器和功率转换器组成，如图（1）所示。



快速充电器根据实时检测到的电池组的端电压、充电电流、温度、动态内阻等信息，按照马斯充电定律，通过采用智能控制算法实施对充电电流脉冲宽度T1、间歇时间T2、放电电流脉冲T3的分段调节，以消除被充电电池组的电极化现象，使电池组时刻处于较佳的电流接受状态，提高充电速度和充电效率。具体控制过程是，首先用较宽的充电脉冲进行充电，蓄电池的端电压上升，当到达充电时间T1时，充电器暂停充电，当充电间歇时间达到T2时充电器继续充电，如此反复，如图（2）所示。



当电压上升到设定的电压值V1时，根据程序的设定，减小充电脉冲占空比，并给蓄电池充电，当电池端电压达到设定值V2时，充电器间歇暂停充电；根据反馈电压自动调节输出脉冲的占空比，经过短时间停止充电，蓄电池的极化电压迅速下降，如此反复循环，直至达到蓄电池组的充电终止电压V3。

该快速充电器首次实现了按照被充电电池的实际充电状态(电流、电压、温度、动态内阻等)对脉冲充电器充电脉冲实施智能化的实时调节，将充电器和被充电电池上升为一个系统问题综合考虑，通过引入智能化调节算法，使该充电器具有更广泛的适用性。

分段恒流充电智能化控制技术基本原理：

分段恒流充电智能化控制电路如图（3）所示。该电路采用 CPU 控制，可对充电电池和充电环境温度进行检测，对电池充电进行计时，采用充电过程中电池的电压和电流，对分段恒流充电过程进行控制。



分段恒流充电使电池的实际充电电流曲线接近充电可接受电流曲线，是实现电池快速充电的有效方法。采用容量梯度法确定恒流充电终止标准参数，减小阶梯恒流充电电流下降梯度，并辅以电池温度过高则停止充电的保护控制，可实现动力电池的智能化快速充电控制。

首先，分段恒流充电智能化控制技术的阶段恒流充电终止标准采用容量梯度法，即采用容量梯度参数 dU / dC 作为阶段恒流充电终止判断标准。按该型电池恒流充电特性曲线确定充电终止容量梯度参数，充电过程中控制器以设定的频度对充电电压进行采样，计算I ( n) 下的容量梯度值，并与设定的充电终止容量梯度标准进行比较，根据比较结果判断是否终止当前阶段恒流充电。

其次，分段恒流充电智能化控制技术通过减小各段恒流值下降梯度(分段数增加)，可使实际充电电流曲线更接近充电可接受电流曲线。通过试验确定该型电池初次恒流值I（1），并减小阶段恒流充电的电流下降幅度。如果降低充电电流后，达到充电终止容量梯度值的时间很短 (设定一个最小充电时间)，则适当增大电流下降的幅度。分段恒流充电电流曲线如图（4）所示。



最后，分段恒流充电智能化控制技术的充电安全保障控制参数设为电池温度。设置电池最高温度限定值，在充电过程中，如果电池温度达到了限定值，立即停止充电。当电池温度降至正常温度时，适当减小充电电流继续充电，直到该段恒流充电结束，从而起到保障充电安全的效果。

试验结果表明，智能化变脉冲充电技术和分段恒流充电智能化控制方法均可有效缩短充电时间，提高充电效率，延长电池使用寿命。