电动车脉冲充电技术

668899 · 发表于 2009-11-29 20:54:33

以蓄电池为动力源的电动车，蓄电池的好坏优劣，直接影响着电动车最主要的性能指标和使用效果。过去，电动车曾有过三起三落的惨痛教训，败就败在蓄电池上。现在蓄电池技术日益成熟，电动车又迎来了发展的春天。目前，市场上流通的电动车各项性能指标日臻完善，作为社会商品的可使用性大幅度提高，多半得益于蓄电池技术的发展。因而，不难看出蓄电池对电动车的重要性，可谓"成也电池、败也电池"。

那么如何才能让蓄电池这颗"心脏"，高效、长寿、安全的发挥其全部功效？这就需要一系列的辅助设备来为其服务。其中，作为二次电池能源补充的充电器，是一个必不可少的角色。

蓄电池能源的再次补充，必须依靠充电器来实现。在充电过程中，电池实际上是充电器的一个负载，这个负载有别于常见的阻性负载、容性负载及感性负载，而是一个时变、非定常、动态负载。因此，必须了解清楚蓄电池在充电过程中的电化学反应，分析充放电特性，才能设计出符合蓄电池充电要求的充电器。

以阀控式铅酸蓄电池为例（以下简称VRLA）。蓄电池的正极为活性物质二氧化铅，负极活性物质为深灰色海绵状金属铅，电池效容量小，电池过早出现硫化结晶，极化过电压是"罪魁祸首"。如果不能采用有效的充电方式，将严重影响蓄电池的直接使用价值。

常规的充电方法采用小电流慢充方式，对新的VRLA电池初充需70H以上，进行普通充电也需10H以上。充电时间过长，不但会拉长充电监测时间，造成电能的浪费；而且长时间小电流充电，极易造成充电过程出现"极化"现象，内部出现硫化结晶，极大地缩短了蓄电池的循环使用寿命。现在的分段式充电法，即先恒压、再恒流或先恒流、再恒压，在充电过程初期，充电电流远远小于蓄电池可接受的充电电流，因而充电时间大延和；充电过程后期，充电电流又大于蓄电池可接受的电流，蓄电池内部温升很快，产生大量的气泡，致使充电副反应加剧，严重的还会导致蓄电池"热失控"，永久的损坏电池。采用恒流及恒压充电方式，要求充电器具有极高的稳压、稳流特性，精确的充电时间控制功能。这样才能降低充电过程中的副反应及"极化"现象。然而，目前市场上使用的所谓智能充电器，并不是严格意义上的阶段式充电器，据相关部门统计资料显示，市场上85％以上的充电器存在严重的质量隐患。这些充电器往往充电电流过小，充电电压不稳定，充电时间过长，导致蓄电池内部出现极化现象，硫化结晶。致使充电容量达不到要求，大大降低了蓄电池的正常使用寿命。这就不难理解"电池不是用坏的而是充坏的"这一说法的含义。可以看出，常规充电技术及产品在消除充电"副反应"和"极化"现象中所表现出来的软弱性已远远不能适应现在蓄电池的充电要求。

那么有没有一种理想的充电方式来解决这一问题？答案是肯定的。根据充电过程中的反应，如果充电过程中能减小或消除副反应，去除极化内阻对充电电流的阻碍作用，则充电时间将大大缩短，充电有效容量将大大提高，由于副反应很小或几乎不存在，电池循环使用寿命也将大幅度提高。科学家在这方面做了大量的研究工作，发现无论怎样对传统的恒压、恒流方式进行改进，都不能消除充电过程中的副反应的存在；而极化电压的产生，跟充电电流的大小及输出方式有密切关系。恒流、恒压的充电方式，其充电电流是不间隔一直输出，根本不可能消除"极化"现象。试验发现，当充电停止时，欧姆极化消失，浓差极化和电化学极化也逐渐减弱，充电副反应也随之停止。那么，如果在蓄电池充电过程中为其提供一条放电通道让其反向放电，则极化现象将迅速消失，蓄电池内部温度也会因放电而得到有效控制，充电副反应也将不复存在。蓄电池就可接受较大充电电流，充电速度大大加快，充电容量也将大大提高，这就是脉冲充电方式的原始理论依据。试验证明，在对蓄电池充电的过程中，适时地暂停充电，并且加入适当的放电脉冲，就可迅速有效地消除各种极化电压，从而提高充电速度。电流以脉冲方式输出，还可以加快活性物质的反应速度，有效地防止电解液硫化结晶，并且可以有效的击碎已经出现的结晶颗粒。脉冲电流充放电对电池极板有加强其韧性的效果，可以大大提高蓄电池的循环使用寿命；同时，由于"极化"现象的消失，脉冲电流又可以深层次地激活电池内部的活性物质，从而大幅度地提高了蓄电池的充电有效容量。

现代脉冲智能充电器，以高频开关电源技术为基础，嵌入先进的智能控制数字电路。采用智能检测和控制技术来调节充电器的脉冲输出比例，实现可控去极化功能；在充电过程中采用自适应技术实时检测电池的充电情况，来自动调整充电模式，实现最佳模式控制；还具有完善的保护功能，最大限度地保证设备运行的稳定性及可靠性。在效果方面，其充电时间的大大降低，正适应了现代人生活，工作的快节奏步伐。

电动车的成败关键在蓄电池系统，其最主要的两个指标是有效容量及在有效容量条件下的循环使用寿命。这固然与电池的本身的技术发展有关。然而，作为其能量再次补充的充电器是一个至关重要的设备，它直接决定着蓄电池的补充能量的有效程度以及循环使用寿命的长短。以高频开关电源为基础的脉冲充电技术发展和进步，必将直接影响、促进和提高电动车产品技术品质和商品化的性能。