浅析动力电池的充放电及容量检测

1、 1、引言据有关部门估计,几十年后石油将耗尽,用什么能源来代替石油驱动汽车成为人们研究的课题。现在正在研究和使用的是电动汽车,即它的动力主要来自于电池。在过去,电动汽车主要用铅酸蓄电池,铅酸蓄电池的维护及测试技术已经比较成熟,但随着磷酸铁锂动力电池的出现,铅酸蓄电池的缺点逐渐暴露出来。磷酸铁锂电池具有超长寿命、使用安全、耐高温、大容量、绿色环保等优点,适用于各类电动汽车。但磷酸铁锂动力电池和其它电池一样,如果使用不当也会缩短电池的使用寿命。为了估算动力电池在使用一段时间后尚能提供电能的时间,就必须对电池进行剩余容量测试。另外,动力电池的价格昂贵,如何正确使用动力电池以及延长动力电池的使用寿命十

2、分重要。所以我们有必要对动力电池进行充放电和容量测试进行研究。2、动力电池的充电分析动力电池和其它蓄电池一样,充电方式有很多种。比如恒流充电,恒压充电,恒流-恒压充电,根据理想的充电电流曲线充电,脉冲技术充电等。2.1恒流充电浅析动力电池的充放电及容量检测胡银全胡云冰易文翠重庆通信学院地管部网络与安全教研室400035恒流充电是指电池在充电时,采用恒流的方法进行充电,该电流的大小可以通过充电装置来进行调整,这种充电方法的主要特点是有较大的适应性,可以任意选择和调整充电电流,因此可以对各种不同情况及状态的电池充电。但该充电方法的主要缺点是开始阶段的充电电流小,在充电后期充电电流又过大,所以整个充

3、电过程时间长,能耗大,还需要专人管理。恒流充电的变型是分段恒流充电,即在充电时为避免充电后期电流过大,及时分段减少充电电流,这里不作具体介绍。2.2恒压充电恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。其主要特点是:充电初期电流相当大,随着充电的延续,充电电流逐渐减小,在充电终期只有很小的电流通过,这种充电方法与恒流充电比,充电时间短、能耗低,一般在数小时后电池就能获得本身容量的90%以上,且充电过程不需要人照管。在实际的应用中,充电时间还是过长,需要更好更快的充电方法。2.3恒流-恒压充电目前用得比较多的还是恒流-恒压充电,就是开始采用恒流充电,恒流充电直至电池的端电压达到恒压充电电压,

4、然后再改为恒压充电到电池充满为止,是否充满则需要检测充电电流是否减少到充电终止电流,充电特性如图1。2.4智能充电智能充电是目前比较先进的充电方法,其原理是在整个充电过程中动态跟踪蓄电池可接受的充电电流。应用du/dt 技术,即充电电源根据电池的充电状态自动确定充电工艺参数,使充电电流自始至终保持在电池可接受的充电电池曲线附近,保持电池在很少的气体析出的状态下充电,从而保护电池。智能充电方法适用于对各种状态、类型的电池充电,安全、可靠、省时和节能。其充电电流曲线如图2所示。但电池用了一段时间后,电池内部结构会发生变化,使得可接收的理想充电电流曲线也会变化,所以在使用此方法充电时需要注意。图1动

5、力电池的充电特性图2动力电池智能充电特性3、动力电池的放电分析动力电池以恒流进行连续放电,其电压会随着放电而降低。电池有一个终止放电电压,电池的电压达到终止放电电压就不能再放电了,如果超过终止放电电压还在继续放电,那么就会影响电池的使用寿命了。所以放电的过程中要注意终止放电电压的检测。但电池放电过程中,电池的压降受放电电流大小的影响,当放电电流比较大时,放电电压达到终止放电电压,此时电池的剩余容量还很多,还可以继续放电。相反,如果以很小的电流放电时,当放电电压达到终止放电电压时,电池的剩余容量已经很少了,这时电池已经受到 损害。另外,动力电池在实际使用的过程中并不是恒流放电,电压的变化很大。所

6、以在动力电池使用过程中,什么时候停止放电要根据电池的剩余容量、终止电压等参数综合分析。4、动力电池的容量检测分析剩余容量SOC是动力电池管理系统中的重要环节,只有准确知道电池的剩余容量,才能更好的使用电池。目前有很多学者正在研究动力电池的剩余容量预测,并取得了很大的成绩。目前剩余容量检测的方法有以下几种:内阻法、开路电压法、恒流电压法、密度法、线性模型法、模糊推理和神经网络法等。各种检测方法各有优缺点,目前研究比较多的是模糊推理法、神经网络法,或者是几种方法的混合使用。下面简单的介绍几种剩余容量检测方法。4.1内阻法在电池放电的过程中,电池的内阻会增大,即电池的剩余容量与电池的内阻有一定的联系

7、。于是可以利用电池内阻与剩余容量的关系来预测电池的剩余容量。电池内阻测量一般有直流法和交流法两种,目前采用交流测量内阻的比较多。交流法测量电池内阻时,将一个交流测试信号加在电池上,然后测量流过电池的电流和该电流在电池两端产生的交流电压降,由此可导出阻抗。由于交流信号频率一般都选择得可以忽略电容的影响,测得的数据实际上就是电阻。交流法的缺点是易受充电器纹波和其它噪声的影响。随着科学技术的迅速发展,计算机技术、数字技术的采用,从根本上解决了交流法测量电池内阻受干扰的问题。找出内阻与剩余容量的关系后,就可以根据电池的内阻对电池的剩余容量进行预测了。4.2开路电压法实际测量中容易测量的参数就是开路电压

8、、电流、温度等参数。在电池的使用过程中,电池的开路电压会随之下降,如果能找出开路电压与电池剩余容量的关系,那么就可以用开路电压来预测电池的剩余容量。已经有很多学者从事这方面的研究,并取得了很好的效果。4.3神经网络法利用人工神经网络方法来预测电池剩余容量的研究比较多,并取得了比较好的效果。径向基函数(R B F神经网络由三层组成,输入层节点只传递输入信号到隐层,隐层节点由像高斯函数那样的辐射状函数构成,而输出层节点通常是简单的线性函数。隐层节点中的作用函数对输入信号将在局部产生响应,当输入信号靠近作用函数的中央范围时,隐层节点将产生较大的输出,这种网络具有局部逼近能力,且在逼近能力、分类能力和

9、学习速度等方面均优于B P网络。所以有很多学者采用R B F神经网络来预测电池剩余容量,预测的精度都比较高。蓄电池容量与外部参数之间呈现非线性关系,支持向量机(S V M的回归算法可以实现较好的非线性函数逼近。利用支持向量机回归算法建立预测模型,以十分钟内的蓄电池电压、电流和温度作为输入量进行容量预测。这种方法经过实验,预测的精度也比较高。另外还有很多方法预测电池的剩余容量,如采用模糊控制,安时法,卡尔曼滤波法,或者几种方法相结合的预测方法,采用什么方法要根据具体的电池和要求来选用。5、结束语以上我们主要介绍了动力电池充电的方法以及动力电池容量检测的方法。随着科研工作者的深入研究,动力电池的充电技术在不断改进,电池剩余容量的预测也在不断的深入研究。相信能找出动力电池最佳的充电方式,今后电动汽车也会像现在的加油站一下,司机