电动汽车充电策略及恒流、恒压充电方式介绍

针对电动汽车充电机的基本充电方式，可以大致分出以下几种充电策略：

（1）恒流充电

恒流充电又称稳流充电（constant current charge），即充电装置输出的充电电流在规定范围内维持在恒定值，通过调整充电机的电流来控制恒定电流值。这种充电方式操作方便，但要求采用小电流、长时间进行充电，充电时间经常大于15h。此种充电方式适合为多个动力电池串联的动力电池组充电。当电池中含有低剩余电量的电池时，相比较剩余电量较多的动力电池单体的充电速度更快。

恒流充电的不足在于动力电池的内阻受到充电时间、电量剩余量的影响，因此设定的恒定电流值总是与电池额定的充电曲线存在较大差异。或者说充电的开始阶段，动力电池组的充电电流是远小于电池的额定充电电流，在充电末期充电电流又大于额定充电电流。因此，充电全程采用恒流充电会导致充电时间过长，充电效率低，析出的气体多并且能量消耗高。

（2）恒压充电

恒压充电又名为稳压充电（constant voltage charge），即充电过程中充电电压维持在恒定值。由于充电电压维持在恒定值，导致动力电池在充电初始时的内阻比较小，充电电流比较大；随着充电的进行，内阻缓缓增加，电流逐渐减小；最后充电电流数值会降低到一个很小的值。这种充电方式的优点在于操作容易，析出气体少，能量消耗低。除此之外，若是恒定充电电压选择恰当，则此充电机的充电效率最高可至80%，充电时间也可以大大减小，缩减到8h左右。

动力电池进行深度放电会导致充电初始时的较大充电电流。过电流的存在不仅对充电机与动力电池有危害，且存在安全隐患。但若是选取过低的充电电压，则后期过小的电流将导致动力电池的充电时间延长。

（3）恒流-恒压充电

恒流-恒压充电的具体过程就是，在充电前期釆用恒定电流充电，恒定电流一般为动力电池标称的1/10或1/5（即对标称值为100A的某动力电池应当选取10～20A的恒定电流对电池进行恒流充电）。当检测到动力电池两端电压达到一定幅值后，系统将从恒流充电方式转换为恒压充电方式。恒定电压一般选为动力电池额定电压值的1.1～1.3倍（例如对额定电压为10V的动力电池一般恒定电压选取为11～13V），一直到动力电池充满为止。恒流-恒压充电方式下的充电电流和电压的充电曲线如图4-4所示。

图4-4 动力电池恒流-恒压充电时电流和电压的充电曲线

为了弥补恒流-恒压方式下动力电池充电的缺点，减少充电时间、使动力电池充得更满、更好地完成充电过程，我们将“恒流-恒压”的充电方式改进为“恒流-恒压-恒流”的充电方式。它的具体充电方式体现为先恒流充电，接着转变为恒压充电，恒流-恒压的数值取值方法与“恒流恒压”方式相同。在恒压充电过程中若是出现充电电压小于一定幅值这种情况时，充电方式将变为恒流充电。这个恒定电流值的取值是动力电池标称值的0.01～0.05倍（比如标称值为100A·h的动力电池应当按照1～5A的恒定电流充电）。这种方式相较恒流-恒压充电方式不仅可获得更多的电量，而且提高了充电效率。这种充电方式下的充电电流和电压的充电曲线如图4-5所示。

图4-5 动力电池恒流-恒压-恒流充电时电流、电压的充电曲线(www.xing528.com)

以上两种充电方式比起单一的恒压充电或恒流充电，更接近理想充电曲线。在时间效应以及性能保护问题等方面都有了不小的优化。另外这种充电方式的充电设备比较简单，没有复杂的控制设备。但是，充电时间依旧比较长，充电后期析出的气体比较多，无法使动力电池完全充满。

（4）多级恒流充电

这种充电方式以多段各不相同的充电电流进行充电直至动力电池达到其电压阈值，每段内部电流恒定。具体来说就是在动力电池充电的初始阶段，使用较大的电流，如1C的电流倍率进行充电；随后，随着动力电池电动势的升高，一级一级地降低充电采用的恒定电流；最后，当动力电池的电动势已经达到其充电电压的阈值时，改为恒压充电方式，这个阈值即为动力电池的充电终止电压，一般为额定电压的1.1～1.3倍。这种充电方式下的充电曲线图如图4-6所示。

图4-6 多级恒流充电方式下的充电曲线

（5）脉冲充电方式

脉冲充电是一种常用的快速充电方式。它的充电过程可以认为是首先用较高的脉冲电流对动力电池进行充电，之后有一段时间的间隔，停止充电，再用脉冲电流进行充电，如此周期性循环。充电脉冲使动力电池充满电量，而间隔时间的作用就是使动力电池经过化学反应产生的氢气和氧气有时间被吸收，减小浓差极化和欧姆极化所造成的影响，提高动力电池的充电电流接受率。其充电曲线如图4-7所示。

为了优化以上脉冲充电方式的性能，研究人员提出了一种新型的充电方法——正负脉冲充电。这也是一种快速充电方法，它的充电过程为在一个充电脉冲的工作周期之中，动力电池先后经历一个时间较长的正脉冲、一个幅值较大但时间很短的负脉冲以及一个间歇阶段。首先，在正脉冲阶段，充电机以恒定的较大电流为动力电池进行充电；随后进入负脉冲阶段的过程，充电机以一个较小电流对动力电池进行短时间的放电，这是为了对动力电池进行去极化，同时能够吸收动力电池在大电流充电时产生的部分热能，以促使电池可以保持较高的可接受电流充电；最后，进入间歇阶段，其作用与脉冲充电方式相同。这种充电方式可以进一步提高脉冲充电的充电速度，同时具有较好的安全性。其充电曲线如图4-8所示。

图4-7 脉冲充电方法的充电曲线

图4-8 正负脉冲充电方法的充电曲线