电动车用铅酸电池快速充电策略.doc

電動車用鉛酸電池快速充電策略之研究 (參考資料：黃俊盛，”電動車用鉛酸電池快速充電策略之研究”,彰化師範大學碩士論文，2007) 汽車電子學實習 期中報告 班級:車輛二乙 姓名:許天成 學號ㄧ、摘要 本文研究目的在探討快速充電策略以解決電動車充電時間過長的問題。根據文獻探討，兩段式定電流定電壓充電法在快充最為廣泛應用且穩定，因此本文以此法為基礎進行實驗，並修正其溫度較高的缺點。根據實驗結果，修正後的充電策略可於25分鐘內於0% 回充至85%以上，70分鐘內回充至100% ，容量效率保持85% 以上， 電池最高溫度限制在45±1℃，且最高電壓低於16V。 二、密閉式鉛酸電池的充電特性 鉛酸電池之結構主要由數個電槽或稱為單體(C ell)組合而成， 每個電槽約有2V 的電動勢，再藉由電槽連接元件(C ell Connector)串聯成較高電壓值之電池。每個電槽內的極板(P l a t e ) 置於硫酸液(H2SO4 )中，正極板是二氧化鉛(PbO2 )製成，負極板則由多孔軟質、海綿狀的純鉛材料(Pb)製成。而密閉式鉛酸電池(Sealed Lead -Acid Battery,SLAB)、或稱為閥調節式鉛酸電池(Valve-R egulated Lead - acid Battery, VRLAB)主要在於更改電池材料結構減少水份散失與利用氣體重反應達到免加水保養。圖2- 1為充電電壓與氣化電流比較圖，密閉式鉛酸電池與傳統式鉛酸電池在材料結構上將極 板合金格子體由傳統式鉛銻改為鉛鈣合金，雖然鉛鈣合金其強度不如鉛銻合金， 但格子體使用鉛鈣合金使負極的氫氣過電壓氣化點(Gas s ing Po i n t ) 升高，因此在相同充電電壓下，密閉式鉛酸電池充電時電解液分解生成氫氣的量減少，此外還利用氣體重反應將氧回收成水。 二、快速充電探討 快速充電策略主要由三種基本充電模式、休息時間及去極化放電電流等交互搭配而成，三種基本充電模式分別為定電壓(Constant Voltage, CV)、定電流( Constant Current, CC)及定功率(Constant Work,CW)，通常為純電流形式；若帶有休息時間稱為脈衝形式， 若有去極化放電電流則稱為正負脈衝形式，通常正負負脈衝形式帶有休息時間。圖2-3為定電壓充電法示意圖。 三、實驗設計 為進一步探討快速充電策略，因此將實驗分成三部份：基本充電實驗、兩段式充電實驗和兩段式修正實驗。基本充電實驗的目的在於對實驗電池進行活化與特性分析，此一結果做為其他實驗分析的基礎；快速充電實驗主要分成兩部分，分別為兩段式充電實驗和兩段式修正實驗。 四、實驗結果與討論 1.基本充電實驗 實驗開始先以定電流0.4C(11.2A)放電至9.6V(12V * 0.8 = 9.6V )以確保電池初始之充電基準點，靜置休息平衡電池內部溶液狀態後，再持續對電池進行0.1C(2.8A)之定電流充電15小時，並記錄電 壓、溫度和充入電量；充電完成後將電池靜置休息使電池內部平衡， 再以定電流0.4C(11.2A)放電至9.6(V)即停止放電。 2.兩段式充電實驗 兩段式定電流定電壓充電法的充電參數為電流1~2C、電壓13.5~15.5V，因此取三組充電參數驗證此一結果，實驗結果如表， 充電截止之條件為電池溫度45℃ 或充電電流低於0.05C；比較A、B電池的結果，A電池之充電結果溫度過低，因此電壓取決15.5V較佳；比較B、C電池結果，C電池充入電量太低，電流取決2C較佳； 根據B電池結果，充電參數2C -15.5V可以在安全範圍內40分鐘內回充達約80%充電量。 3.兩段式修正充電實驗 根據上一節的結果進行修正，可知因為於1000~1500 秒時充電損耗功率遽增，且電池內部溫度與表面溫度相差甚大，因此會超過安全溫度甚多，所以當溫度接近45℃ 時要讓電池內部溫度與表面溫度差距減小，且內阻損耗功率要減小。 五、結論 本論文所提出之快速充電策略，係由常見充電法中經過實際比較測試後，根據實驗結果，修正後的充電策略可於25分鐘內於0%回充至85%以上，70分鐘內回充至100%，容量效率保持85% 以上，且電池最高溫度限制在45±1℃ ，最高電壓低於16V。