电动汽车蓄电池性能研究

摘要：蓄电池是电动汽车中的关键部件，是决定整车性能的重要因素，其性能的好坏直接影响车辆的动力特性和续驶里程。为了能在试验室环境下研究分析各种电动车用蓄电池实际工况下的充放电特性，以降低研究成本、缩短研究时间、简化研究步骤、提高分析精度。

关键词：蓄电池 车辆工程 车辆工程

蓄电池是电动汽车中的关键部件，其性能的好坏直接影响车辆的动力特性和续驶里程。因此，分析研究蓄电池的充放电特性对于提高电动汽车性能具有重要意义。可供电动汽车使用的蓄电池有多种，具有不同的充放电特性。通常我们关心的特性主要有：充电时间、充电模式、充电电流、充电电压、充电温升、不同放电电流下的放电时间、放电温升、循环次数等。

1、国内外通常采用的蓄电池充电装置模式

1.1自耦变压器模式：该充电装置不具备恒流功能，充电电流随电网电压变化，必须人工不断调整才能进行充电作业。该充电装置质量不易保证，处于淘汰状态。

1.2可控硅整流型充电模式：该充电装置采用可控硅的导通角进行电流调整和稳定，实现恒流充电。但在实际应用中，出现输出电流的脉动成分较大，易使蓄电池电解液发热而蒸发。

1.3功率晶体管模式：该充电装置采用大功率晶体管作为恒流器件，通过调整功率晶体管C-E极压降来稳定输出电流，输出的电流波形较好，对电网的干扰小。对于放电装置，大多还采用相控式有源逆变蓄电池放电装置或电阻放电装置。

2、电动汽车蓄电池及充放电方案的设计

2.1　铅酸蓄电池的参数分析

1）电池容量与放电率的关系：蓄电池的容量是指它的蓄电能力。它是以充足了电的蓄电池，放电至规定的终止电压的电量。标准YD／T799-2002规定2V、6V、12V密封蓄电池的额定容量均为标准温度下（25℃）10小时放电率（I=0.1C10A）的容量。该标准明确指出6V、12V蓄电池的容量以lOh放电率为基准。

2）放电率与容量的关系：蓄电池放出的容量随放电电流的增大而减少。高放电过程是极板表面的有效物质发生强制性的变化，生成的硫酸铅很容易堵塞极板上的小孔，极板深层的有效物质就没有参加化学反应。这样蓄电池的内阻增大，电压下降就快，使电池不能放出全部的容量。

3）温度与容量的关系：

环境温度对电池的容量影响较大，随着环境温度的降低容量减小。环境温度变化1℃时的电池容量变化称为容量的温度系数。根据国家标准，如环境温度不是25"C，则需将实测容量按以下公式换算成25。C基准温度时的实际容量Ce，其值应符合标准。

4）放电率与终止电压的关系：蓄电池放电时电压不能低于终止电压，否则会损害电池寿命。

3、系统功能及特点

3.1集充放电试验于一体。由于电动汽车蓄电池采用二次电池，在应用中用户需要频繁充电以补充能量，所以，将充放电试验集于～体，可以在室内方便地了解电池的实际性能。用户在使用电动汽车时，需要比较频繁地行驶（放电）和住车（充电）。因此，试验台必须同时具有充电和放电功能，才能逼真地模拟电池的实际工况。我们的系统集充电和放电于一体，从而可以在实验室环境下更有效地进行蓄电池性能试验与分析。

3.2具有高、低压两套试验系统

因为电动汽车采用电池组供电，电压比较高（通常大于200V），所以，设计系统不但具有低压（单节电池）试验功能，还有高压充电功能。

3.3具有智能充放电功能

系统不但能够根据不同电池的特性，按事先编制好的方案进行充放电试验，还可以根据实验过程中电池的具体状态随时调整实验方案。

4、系统容错方案设计

考虑到在以后实际充电、放电操作中可能会出现种种不可预知的突发故障，一旦系统因硬件故障或操作不当，造成人员的伤亡和设备的损毁。为了避免这一现象的发生，在设计时充分考虑系统的特点，通过软硬件相结合的办法，提出了一套经济、实用的容错方案。

4.1硬件故障容错

1）工控机故障的容错：工控机故障主要是软件系统的突然崩溃和病毒的感染；因此，工控机的接口均在实验柜的内部，并用锁锁上，这样就可以杜绝一些病毒的入侵的可能。另外，系统装载正版杀毒软件，并及时更新。如果，由于病毒或其它什么原因系统软件在运行过程中产生崩溃，我们在硬件电路中设置了“急停”按钮，可以手动关断系统，终止设备运行。

2）单片机故障的容错：单片机是用来产生PiN信号以控制放电电流大小的，当单片机程序产生“跑飞"时，可以利用看门狗自动复位。

3）电子器件故障的容错

在硬件电路上设置了速熔器，这样可以在意外信号、误动作的情况下，迅速断开设备的连接，从而对电子器件起到一定的保护作用。在IGBT等主要功能器件上设计了保护电路，可以起到有效地保护IGBT的作用。

4.2　操作错误容错

为了避免因操作错误而可能对系统的安全运行造成的严重影响，在系统设计时对可能因操作而引起的错误也采取了相应的容错措施。系统在设计时，考虑到操作人员可能会进行误操作，因此，在关键的充放电动作开始的同时，同时关闭了可能的任何与控制有关的操作，使之无法操作，直至充电或者放电过程结束。保留了“使用帮助的按钮，以备操作人员随时查阅有关操作规程等。

5、结论

本论文的蓄电池性能研究，对维护蓄电池及提高电动汽车的续航里程的研究有重要意义，依靠现场实践经验结果作为判据，在目前阶段的功能可以较好确认蓄电池的性能，提供蓄电池的运行状况的准确数据，为蓄电池组的正确使用和维护提供了科学依据。本论文对以后其它的电池性能分析具有一定的参考价值。要深入研究整个电池性能问题，里面所涉及的工作量和研究内容是相当丰富的。由于作者的研究时间和研究水平的限制，会有许多考虑不到的地方。这项研究需要更多的人来参与和完善，希望以后的研究者可以结合实际多做些这方面的工作。

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