阀控式密封铅酸蓄电池的并联充电

2013-04-13 16:23:49   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

  蓄电池组传统的充电方式都是采用串联充电方式。当前电动车上使用的36V和48V阀控式密封铅酸蓄电池,就是由3和4只12V电池串联而成的。以前人们担心若将电池(或电池组)进行并联充电时,会因为并联电池(或电池...

  蓄电池组传统的充电方式都是采用串联充电方式。当前电动车上使用的36V和48V阀控式密封铅酸蓄电池,就是由3和4只12V电池串联而成的。以前人们担心若将电池(或电池组)进行并联充电时,会因为并联电池(或电池组)的电压不均匀而产生偏流效应,甚至于出现一部分电池对另一部分电池进行充(放)电,导致加剧并联电池(或电池组)的不均匀性。可是我们的试验结果表明,并联充电不会出现上述情况。相反,并联充电对改善电动汽车电池(或电池组)的均匀性有利。以下介绍我们在中商国通电子有限公司中心试验室进行的试验结果,供感兴趣的人员参考。试验用的电池都是从该公司生产车间随机抽取的。

  我们将5只采用串联内化成方式化成完毕后的2V/200Ah的胶体VRLA电池分两组进行并联充电试验。试验时每只电池的分电路均接有电流表,测取流经各分路的电流分别是I1、I2…等。总电路上也接有电流表,测取总的放电电流Io。第一组2只电池预先分别用100A恒电流放电30min(2号电池)和60min(1号电池),然后并联起来进行充电。第一步是恒压2.4V限流80A(总电流),第二步是保持恒电压2.4V,直充到电流不变为止(见图6-4)。第二组3只电池预先分别用100A恒电流放电30min、60min和90min,然后并联起来进行充电,其充电方式跟第一组2只电池相同,总电流为100A(更图6-5)。

电动汽车电池

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  1.并联充电过程中的电流分配

  由图6-4可以看出,流经各个电池的充电电流是按照每个电动汽车电池的荷电态的不同而自动调节的。1号电池预先放出的电量较多,剩余的容量较少,那么它的充电电流就较大,充电到73min时,充电电流达到最大值50.9A,然后就逐渐下降;2号电池预先放出的电量较少。剩余的容量较多,那么它的充电电流就较小,充电电流达到最大值32.4A(充电30min)后也就逐渐下降。此后随着充电过程的进行,各个电池的容量相差就小,则充电电流的差别也就逐步减小。待到各个电池基本上充足电时(充电5.5h),那么各个电池的充电电流就逐步趋于一致。

  图6-5示出了三只2V/200Ah胶体VRLA电池并联充电过程中的电流分配情况。其结果跟2只电池基本相同,唯一的区别就在于3只电池的充电电流是相互交错影响的。

  图6-6表示两组6DZM10电动车电池并联充电的情况。每组3只电池5A放电到31.5V后,第2组先用车用充电器充电4h后,再跟第1组电池并联起来充电。可以看出,两组电池的充电电流也是按照他们在并联充电前的荷电态的不同而自动分配和调节的。其规律性与2V的电池完全一致。

电动汽车电池

  以上三种情况下的试验结果表明,流经各电池(电池组)的充电电流的总和与流过总线路上的电流值是相同的。这意味着电动汽车用阀控式密封铅酸蓄电池并联充电过程中不会出现某个电池(电池组)对另一个电池(电池组)进行充(放)电的情况。过去人们把蓄电池并联充电时各个分路中流过的电流不一致视为电池使用维护工作的“禁区”,现在看来有必要进行修正。因为正是这种“偏流”效应才使原来荷电态不一致的电池趋向一致。现在观察到MH/Ni电池和锂离子电池也有这一规律。

  2.并联充电过程中的电压变化

  2只电池并联充电过程中,虽然它们的端电压会不断升高(如图6-7所示),但在充足电之前,它们始终是不一致的,两个电池在充电过程中电压差(U2-U1)的变化如图6-8所示。开始充电的30min内(U2-U1)几乎保持20mV不变,此后很快加大到最大值40mV。这显然跟2号电池已充电到电压突升之际有关。但由于受到恒电压充电和电池荷电态的限制,2号电池的充电电流开始下降,导致总充电电流下降,u1和U2也就逐渐接近。最后两个电池的充电电压相同,总充电电流也最小。此时各电池充电电流的微小差别,则反映了它们的自放电速度不完全相同。

电动汽车电池

  既然两只电池的端电压不同,那么并联充电过程中为什么不会出现某个电动汽车电池对另一个电池充(放)电的情况呢?这是因为蓄电池的充电电压U1总是要高于其电动势E(或开路电压)值,其差值△U1(通常有60~70mV)就是电池的内阻压降,它是充电电流I跟电池内阻r(包括欧姆内阻、浓差极化内阻和电化学极化内阻)的乘积,即U1=E+△U1;当电池处于放电状态时,其端电压U2必然低于其电动势(或开路电压),差值△U2是放电电流跟电池内阻的乘积,即U2=E-△U2。在10h率放电情况下,△U2跟△U1相近。因而两电池并联充电时,如要使一个电池对另一个电池充电,则两个电池的端电压差必须大于2△U1,即需要100~150mV以上。图6-8所列的U2~U1值远小于2△U1,当然不会出现2号电池对1号电池充电的情况。

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  3.并联充电对电池均匀性的影响

  表6-3所列的三只2V/200Ah胶体密封铅酸蓄电池,其内化成和首次充电均采用串联充电方式,以后的各次充电也均采用并联充电。可以看出,三只电池首次放电容量约为额定容量的88%,它们之间的差别较大,相对极差达到5.4%,标准差σ为4.23。此后又进行了3次并联充电和串联放电。不但电池容量已超过额定值,而且各电池之间的差别也进一步减小:相对极差由5.4%降到1.5%,标准差σ也由4.23降到1.44。

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  将上述电池并联充电后,在室温20~30℃条件下搁置4个月,其放电容量有所下降,相对极差和标准差σ也有所增加。接着进行并联充电,结果不仅使电动汽车电池容量得到恢复,而且它们之间的均匀性也得到了改善。

  表6-4列出了6块6DZM10电动车电池分成2组在进行并联充电前后,5A放电容量的变化情况。第1组电池(1、2、3号)原来放电时间较短,这可能跟它们原先充电不足有关,在并联充电过程中这一组电池比另一组电池充入的电量较多,其放电时间就会显著延长;第2组电池(4、5、6号)原来放电时间虽然较长,但各个电池的差别较大,在并联充电过程中这一组电池充电电流较小,相当于进行了均充。因而经过并联充电后,虽然放电时间增加很少,但使3块电池之间的差别减小了。并联充电之所以可以改善蓄电池组的均匀性,就在于利用了蓄电池并联充电出现的“偏流”现象。因为充电过程中流经各个电池的电流,是根据电池本身充电饱和程度自动调节的。充电开始阶段,原先充电不足的电池会自动分配到较大的充电电流,原先荷电态较高的电池会自动分配到较小的充电电流,随着充电过程的进行,它们之间的差别会逐渐减小,最后使得各个电池的荷电态趋向一致,充电电流相同,“偏流”现象消失。

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  由此可见,不论是2V的单电池还是12V或36V的电池组,并联充电都有利于改善它们的均匀性。实践经验证明,每隔1个月对电动汽车电池进行一次小电流并联充电,对延长电动车电池的使用寿命是很有效的。这里应当指出,每块6DZM10电池是由6只单电池串联而成的,因而在对2个整块电池进行并联充电时,每块电池内部的6只单电池仍旧是串联充电。当某个单格电池内部出现微短路或严重失水导致整块电池性能下降时,那么并联充电对它们之间的均匀性所起的作用就不太显著了。

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