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电动汽车蓄电池智能快速充电技术研究

王洪涛  
【摘要】:受能源危机和环境压力的双重影响,电动汽车的推广使用得到世界各国的广泛关注,然而充电技术是制约电动汽车普及的关键因素之一。现有充电方法未严格遵循电池内部的物理、化学反应规律,大多存在过充电和析气现象,严重损害了蓄电池寿命并造成能源浪费。“马斯定律”虽从理论上提出了理想充电曲线,但影响蓄电池充电的因素很多,且难以用数学模型表示,给充电控制带来很大困难。极化问题是蓄电池快速充电的“瓶颈”,现有的研究虽指出大电流、短时间放电可有效去除极化现象,但没有具体给出去极化的电流大小及放电时间。本学位论文针对电动汽车使用的铅酸蓄电池的智能快速充电开展研究工作,提出并实现基于电压、电流和温度的三重反馈Fuzzy-PI(proportional integral)充电控制算法、去极化算法以及充电装置的设计等。 首先,提出三重反馈Fuzzy-PI充电控制算法。该算法将充电过程分为预充电、智能快速充电及截止充电三个阶段。在预充电阶段,判断蓄电池是否满足快速充电条件,当不满足时,采用小电流恒流对蓄电池充电,直到满足快速充电条件时结束这一过程。在智能快速充电阶段,实时采集电压、电流和温度值,然后由Fuzzy-PI控制器得到充电电压。在截止充电阶段,小电流浮充充电至蓄电池充电饱和。 其次,针对放电去极化问题,本学位论文选取若干个充电参数近似的单电池组成两个参考组。首先,对第一组设定放电时间,改变放电电流,对比这一过程之后的单电池端电压,得到最佳放电电流;其次,对第二组设定放电电流,改变放电时间,得到最佳的放电时间;最后,对比这两组的放电去极化效果,得到最佳放电去极化方案。 最后,基于上述控制思想,本学位论文建立了对象控制模型,设计了充电主电路和控制回路。对主电路中关键参数进行计算,之后利用PSIM软件验证了设计的正确性。 实验结果表明,基于三重反馈的Fuzzy-PI控制智能快速充电算法能够依据蓄电池内部物理、化学反应规律智能调节充电过程;去极化算法能够及时有效地去除充电过程中的极化现象。这两种算法结合使用,实现了蓄电池的智能、快速充电。


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