電動汽車蓄電池性能研究

摘要：蓄電池是電動汽車中的關鍵部件，是決定整車性能的重要因素，其性能的好壞直接影響車輛的動力特性和續駛里程。為了能在試驗室環境下研究分析各種電動車用蓄電池實際工況下的充放電特性，以降低研究成本、縮短研究時間、簡化研究步驟、提高分析精度。

關鍵詞：蓄電池 車輛工程 車輛工程

蓄電池是電動汽車中的關鍵部件，其性能的好壞直接影響車輛的動力特性和續駛里程。因此，分析研究蓄電池的充放電特性對于提高電動汽車性能具有重要意義。可供電動汽車使用的蓄電池有多種，具有不同的充放電特性。通常我們關心的特性主要有：充電時間、充電模式、充電電流、充電電壓、充電溫升、不同放電電流下的放電時間、放電溫升、循環次數等。

1、國內外通常采用的蓄電池充電裝置模式

1.1自耦變壓器模式：該充電裝置不具備恒流功能，充電電流隨電網電壓變化，必須人工不斷調整才能進行充電作業。該充電裝置質量不易保證，處于淘汰狀態。

1.2可控硅整流型充電模式：該充電裝置采用可控硅的導通角進行電流調整和穩定，實現恒流充電。但在實際應用中，出現輸出電流的脈動成分較大，易使蓄電池電解液發熱而蒸發。

1.3功率晶體管模式：該充電裝置采用大功率晶體管作為恒流器件，通過調整功率晶體管C-E極壓降來穩定輸出電流，輸出的電流波形較好，對電網的干擾小。對于放電裝置，大多還采用相控式有源逆變蓄電池放電裝置或電阻放電裝置。

2、電動汽車蓄電池及充放電方案的設計

2.1 鉛酸蓄電池的參數分析

1）電池容量與放電率的關系：蓄電池的容量是指它的蓄電能力。它是以充足了電的蓄電池，放電至規定的終止電壓的電量。標準YD／T799-2002規定2V、6V、12V密封蓄電池的額定容量均為標準溫度下（25℃）10小時放電率（I=0.1C10A）的容量。該標準明確指出6V、12V蓄電池的容量以lOh放電率為基準。

2）放電率與容量的關系：蓄電池放出的容量隨放電電流的增大而減少。高放電過程是極板表面的有效物質發生強制性的變化，生成的硫酸鉛很容易堵塞極板上的小孔，極板深層的有效物質就沒有參加化學反應。這樣蓄電池的內阻增大，電壓下降就快，使電池不能放出全部的容量。

3）溫度與容量的關系：

環境溫度對電池的容量影響較大，隨著環境溫度的降低容量減小。環境溫度變化1℃時的電池容量變化稱為容量的溫度系數。根據國家標準，如環境溫度不是25\"C，則需將實測容量按以下公式換算成25。C基準溫度時的實際容量Ce，其值應符合標準。

4）放電率與終止電壓的關系：蓄電池放電時電壓不能低于終止電壓，否則會損害電池壽命。

3、系統功能及特點

3.1集充放電試驗于一體。由于電動汽車蓄電池采用二次電池，在應用中用戶需要頻繁充電以補充能量，所以，將充放電試驗集于～體，可以在室內方便地了解電池的實際性能。用戶在使用電動汽車時，需要比較頻繁地行駛（放電）和住車（充電）。因此，試驗臺必須同時具有充電和放電功能，才能逼真地模擬電池的實際工況。我們的系統集充電和放電于一體，從而可以在實驗室環境下更有效地進行蓄電池性能試驗與分析。

3.2具有高、低壓兩套試驗系統

因為電動汽車采用電池組供電，電壓比較高（通常大于200V），所以，設計系統不但具有低壓（單節電池）試驗功能，還有高壓充電功能。

3.3具有智能充放電功能

系統不但能夠根據不同電池的特性，按事先編制好的方案進行充放電試驗，還可以根據實驗過程中電池的具體狀態隨時調整實驗方案。

4、系統容錯方案設計

考慮到在以后實際充電、放電操作中可能會出現種種不可預知的突發故障，一旦系統因硬件故障或操作不當，造成人員的傷亡和設備的損毀。為了避免這一現象的發生，在設計時充分考慮系統的特點，通過軟硬件相結合的辦法，提出了一套經濟、實用的容錯方案。

4.1硬件故障容錯

1）工控機故障的容錯：工控機故障主要是軟件系統的突然崩潰和病毒的感染；因此，工控機的接口均在實驗柜的內部，并用鎖鎖上，這樣就可以杜絕一些病毒的入侵的可能。另外，系統裝載正版殺毒軟件，并及時更新。如果，由于病毒或其它什么原因系統軟件在運行過程中產生崩潰，我們在硬件電路中設置了“急停”按鈕，可以手動關斷系統，終止設備運行。

2）單片機故障的容錯：單片機是用來產生PiN信號以控制放電電流大小的，當單片機程序產生“跑飛\"時，可以利用看門狗自動復位。

3）電子器件故障的容錯

在硬件電路上設置了速熔器，這樣可以在意外信號、誤動作的情況下，迅速斷開設備的連接，從而對電子器件起到一定的保護作用。在IGBT等主要功能器件上設計了保護電路，可以起到有效地保護IGBT的作用。

4.2 操作錯誤容錯

為了避免因操作錯誤而可能對系統的安全運行造成的嚴重影響，在系統設計時對可能因操作而引起的錯誤也采取了相應的容錯措施。系統在設計時，考慮到操作人員可能會進行誤操作，因此，在關鍵的充放電動作開始的同時，同時關閉了可能的任何與控制有關的操作，使之無法操作，直至充電或者放電過程結束。保留了“使用幫助的按鈕，以備操作人員隨時查閱有關操作規程等。

5、結論

本論文的蓄電池性能研究，對維護蓄電池及提高電動汽車的續航里程的研究有重要意義，依靠現場實踐經驗結果作為判據，在目前階段的功能可以較好確認蓄電池的性能，提供蓄電池的運行狀況的準確數據，為蓄電池組的正確使用和維護提供了科學依據。本論文對以后其它的電池性能分析具有一定的參考價值。要深入研究整個電池性能問題，里面所涉及的工作量和研究內容是相當豐富的。由于作者的研究時間和研究水平的限制，會有許多考慮不到的地方。這項研究需要更多的人來參與和完善，希望以后的研究者可以結合實際多做些這方面的工作。

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