智能汽车设计：车模电池的电压测量和监测

(1)车模电池介绍

电池是智能汽车的心脏,在第十四届智能汽车竞赛以前,对竞赛使用的电池有明确要求,即使用7.2 V、2 000 mAh镍铬电池,充满电时电压约为8.3 V,其本身也具有内阻,当驱动电机转动时,由于电机的内阻比较小,此时将会导致电池的输出电压下降,甚至降到5 V以下,尽管在主板以及驱动板上有大容量铝电解电容,但仍然会影响车模的性能。因此一般当电压低于7.3 V时建议充电后再使用。电路板上设计一个电池电压测量显示模块,实时监测电池电压。

从第十四届竞赛开始,对电池的要求开始放宽。允许使用两节18650电池,但是必须配有保护板。常用的电池和充电器如图4.20所示。

图4.20　常用电池和充电器

(2)车模电池使用注意事项(www.xing528.com)

单个镍铬电池只能提供1.2 V的供电电压。竞赛所使用的电池是用6节相同型号的电池串联起来得到7.2 V的电池组,其标称容量为2 000 mAh,该电池组可以在2 A的供电电流下持续供电1 h左右。

对于充电电池而言,电池内部除了发生能量储存、释放的一次反应以外,同时还发生其他一系列的化学反应,称为二次化学反应。二次反应不但会释放出额外的热量,而且随着时间与寿命周期(充电与放电的次数)的增加,还会产生一些固态、液态或是气态的副产品。其中固态杂质会在电池的反应表面上结晶,并且遮住可用来储存电荷的反应位置;热量会使液体电解质中蒸发出质量较轻的成分并产生气体,如果气体的产生速率大于电池零件所能吸收的速率,就会在密封电池的内部产生压力,而未密封的电池则会造成气体外泄的现象,并改变化学物质的组合成分。如果对已经处于满电位的电池继续以较大电流充电,那么二次反应的速度就会大幅加快,这就是所谓的电池过度充电,不仅让电池的蓄电能力降低,还会缩短电池的寿命。此外,过度放电也会造成同样的效果。为了释出内部的压力,电池的密封有可能被这些高压气体冲破,可能造成暂时或永久性的破坏。同时,电池还有一个自放电率,这是指在未供应电流给外部负载的情形下,电池自行泄漏储存电力的速度。当电池完成充电后,仍须进行维护性或浮充电,而且充电速率必须等于电池的自放电率,才能让电池一直保持在满电力的状态。

如果电池充电不满,将直接影响到车模的运行时间,而过充电又会降低电池性能甚至发生危险,那么就需要合理充电,既将电池充满又不让它过充电。因此不能随便使用充电器对电池组充电。推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价充电器,内部没有智能充电控制电路,只能采用恒功率充电模式,最大充电电流为700 mA,平均充电电流为300 mA,涓流充电电流小于100 mA,充电时间约为10 h。当然,这种充电方式并不是最好的,参赛者也可自行研制充电器。例如采用-△V充满控制方法。即镍铬电池充满电后,电池电压会从最高电压点处开始略微下降,出现-△V。此时浮充电电流为-△V值,约为60 mV。

此外,应绝对避免电池外部短路;不得投入火中或水中;绝对禁止加热电池;不得在电池上直接进行焊接;不得拆解电池;电池不得长时间大电流充电或过放电;注意电池正负极不要接反;不同型号、不同制造商的电池,不得混用,新旧电池也不得混用。过度放电会毁坏电池,如果因短路、过度放电,使电池的极间电压远低于6 V,说明电池已经损坏。给已经损坏了的电池充电,不但不能修复电池还可能有危险。电池电压充不上去,会使充电电流很大,有可能损坏充电器,电池本身会过热、爆裂、甚至造成人员伤害。因此,若电池已经因过度放电而损坏,一定不要再给已经损坏了的电池充电,这是使用中要严格注意的。