[發明專利]電動汽車鉛酸蓄電池超快速充電系統

有效

• 申請號: 201410205191.5
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103956804A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 于國慶;李永偉;孟志永;馬洪濤;葉娜
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J7/04
• 代理公司: 石家莊元匯專利代理事務所(特殊普通合伙) 13115
• 代理人: 劉聞鐸

技術領域

本發明屬于充電設備技術領域，涉及到一種充電系統，特別是電動汽車鉛酸蓄電池超快速充電系統。

背景技術

由于全球不可再生能源的不斷消耗，世界各國均在大力提倡新能源汽車的開發和應用。目前國內的新能源汽車主要有替代燃料汽車、電動汽車及燃料電池汽車三種。其中電動汽車發展最為成熟，基本完成了產業化的準備，初步形成了電動汽車的產業鏈。與電動汽車相關的動力蓄電池從材料構成上主要分為鉛酸蓄電池和鋰離子蓄電池兩種，其中鉛酸蓄電池應用歷史長、技術成熟、成本低廉，且鉛酸蓄電池的內部構造正在不斷改進，使用壽命不斷增加，在電動汽車行業占有大部分的比重。

影響鉛酸蓄電池快速充電特性的因素非常多，如鉛酸蓄電池的內部結構、充電系統及電網負荷等，但充電電流是影響快速充電特性的一個重要因素，為了縮短充電時間，提高充電速度，就需要加大充電電流值，但是鉛酸蓄電池在充電過程中會發生水分解反應，正極產生氧氣，負極產生氫氣，氧氣通過隔膜和氣室被負極吸收，由于密封式的鉛酸蓄電池的內壓是有限的，所以負極的吸收速度也是有限的，如果充電電流值過高，正極產生氧氣的速度過快，負極的吸收速度跟不上氧氣產生的速度，長時間后會造成鉛酸蓄電池失水，誘發鉛酸蓄電池的微短路、硫酸化等失效現象，損害鉛酸蓄電池的質量和使用壽命，同時高速率充電時鉛酸蓄電池的極化會造成鉛酸蓄電池內部的壓力上升、鉛酸蓄電池溫度上升、鉛酸蓄電池內阻升高等，不僅會縮短鉛酸蓄電池壽命，而且有可能對鉛酸蓄電池造成永久性傷害，使鉛酸蓄電池可接收的充電電流下降，使其充不到額定容量。所以當前鉛酸蓄電池的充電時間很長，與燃油汽車加油的時間無法相比，且大功率充電對電網的沖擊影響很大，是制約電動汽車發展的主要瓶頸之一。發明內容

本發明為了克服現有技術的缺陷，設計了電動汽車鉛酸蓄電池超快速充電系統，實現了電能的前期儲備，并可以對電流控制單元輸出電流的大小進行調整，從而可以達到在極短時間內(9～15min)充到鉛酸蓄電池組額定容量的80％，大大縮短了充電時間，同時可以減少大電流充電系統對電網電壓的諧波污染與能量沖擊，提高電能的利用率，節約電能。

本發明所采用的具體技術方案是：電動汽車鉛酸蓄電池超快速充電系統，關鍵是：所述的充電系統包括與電網連接的電網輸入單元、與鉛酸蓄電池組連接的電池管理單元、中心處理單元，電網輸入單元將電網的交流電轉換成直流電并進行濾波后輸出給能量庫單元，能量庫單元通過電流控制單元對鉛酸蓄電池組進行充電，電池管理單元通過電參數檢測單元與中心處理單元連接，電池管理單元對鉛酸蓄電池組中各節蓄電池的荷電狀態進行檢測并通過調節電能使鉛酸蓄電池組中各節蓄電池的荷電狀態保持一致，電參數檢測單元將檢測到的鉛酸蓄電池組的參數信息反饋給中心處理單元，中心處理單元處理后分別輸出控制信號給能量庫單元和電流控制單元。

本發明的有益效果是：利用能量庫單元實現了電能的前期儲備，利用電參數檢測單元可以實時檢測鉛酸蓄電池組的電參數并反饋給中心處理單元，中心處理單元對電流控制單元輸出電流的大小進行調整，從而可以達到在極短時間內(9～15min)充到鉛酸蓄電池組額定容量的80％，大大縮短了充電時間。

整流器將電網的交流電轉換成直流電并進行濾波后經功率因數校正PFC電路輸出給能量庫單元，功率因數校正PFC電路可以降低線路損耗，減少大電流充電系統對電網電壓的諧波污染與能量沖擊，提高電能的利用率，節約電能。

能量庫模塊為緩沖式直流電源，可以為充電系統提供超大充電電流，蓄能模塊可以對能量庫模塊充放電過程中的各個參數進行調整，以滿足實際需求。

電參數檢測單元檢測到的鉛酸蓄電池組的參數信息包括蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池溫度、蓄電池荷電狀態及鎖止信息，中心處理單元將這些參數信息按照其特征結構(電池多孔性電極理論模型)與特征算法(單極性脈沖控制算法)進行分析處理，以電流尖峰脈沖及諧波分析辨識鉛酸蓄電池組的荷電狀態，活化超電壓、過電勢、內阻等動態參數，形成雙反饋機制，動態調整能量庫單元的蓄能模塊和能量庫模塊，同時輸出控制指令給電流控制單元，調整電流控制單元輸出電流的大小。

中心處理單元包括電參數處理模塊、控制模塊、蓄能管理模塊、能量庫管理模塊，蓄能模塊與蓄能管理模塊連接，能量庫模塊與能量庫管理模塊連接，電參數處理模塊對電參數檢測單元檢測到的鉛酸蓄電池組的參數信息進行處理并將結果反饋給控制模塊，控制模塊處理后分別輸出控制信號給蓄能管理模塊、能量庫管理模塊和電流控制單元。