Разработка зарядного устройства для групповой зарядки аккумуляторных батарей транспортных средств

• Автор: Сучков, Роман Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Обзор аккумуляторных батарей транспортных средств, режимов разряда и заряда и инфраструктуры, обслуживающей батареи
1.1. Классификация батарей традиционных транспортных средств
1.2. Тяговые батареи новых электрических транспортных средств
1.3. Режимы разряда и заряда и характеристики батарей
1.4. Классификация зарядных устройств, инфраструктура, обслуживающая заряд батарей
1.5. Постановка задачи разработки группового зарядного устройства
2. Исследование режимов заряда батарей
2.1. Испытательная установка
2.2. Исследование зарядных режимов
2.3. Разработка электротехнической модели аккумуляторной батареи
2 .4. Оценка состояния батарей
3. Разработка зарядного устройства
3.1. Обоснование требований к групповому зарядному устройству
3.2. Параметрический источник тока как основная часть группового зарядного устройства
3.3. Схемные решения группового зарядного устройства
3.4. Разработка действующего образца группового зарядного устройства
4. Экспериментальные исследования группового зарядного устройства
4.1. Основные параметры и характеристики зарядного устройства
4.2. Экономические оценки эффективности и стоимости
4.3. Сопоставление нового устройства с аналогами
Заключение
Литература
Приложение 1. Основные определения

Приложение 2. Типичные представители аккумуляторных
батарей электрических транспортных средств
Приложение 3. Типичные разрядная и зарядная кривые
свинцового аккумулятора
Приложение 4. Перечень приборов измерения
Приложение 5. Результаты зарядно-разрядных
экспериментов
Приложение 6. Зависимости и((2Р, %) при разряде АБ током

Приложение 7. Переходный процесс восстановления ЭДС
АБ1 при отключении от цепи заряда ]=0
Приложение 8. Аппаратная часть зарядного устройства
Приложение 9. Зависимости В, Т ь Пс и иь от РВ при иА=(220,2... 225,0)В, ив=(218,2... 222,2)В, ис=(218,0... 222,4)В,
X, Хс

ВВЕДЕНИЕ
Широкое использование аккумуляторных батарей для транспортных средств требует решения задачи эффективной зарядки таких батарей. В данный момент наиболее широко используются стартерные аккумуляторы для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. В связи с загрязнением окружающей среды в настоящее время происходит интенсивное развитие мирового рынка электрических транспортных средств, не оказывающих вредного воздействия на окружающую среду. Уже поставлена и решается задача создания электрических транспортных средств, способных свободно конкурировать с обычным транспортом, как по техническим, так и по стоимостным показателям. В частности, на ежегодных международных симпозиумах по электрическим транспортным средствам (Electric Vehicle Symposium, сокращенно EVS) представляются новейшие достижения во всех областях науки и техники, относящихся к электрическим транспортным средствам. С развитием рынка электрических транспортных средств вопрос эффективного заряда их батарей встает еще более остро.
Согласно материалам, представленным на EVS-14, 15, 16, 17 (1997-2000 г.г.), свинцово-кислотные батареи по-прежнему находят наиболее широкое применение в качестве тяговых для электротранспорта, никель-металлические способны занять лидирующую позицию в ближайшем будущем, дальняя перспектива - литий-ионные батареи, свойства и возможности которых не исследованы в полном объеме. Среди стартерных аккумуляторов вне конкуренции свинцово-кислотные.
Что касается России, то электрический транспорт пока не находит -широкого применения и у нас самая распространенная группа - свинцовокислотные стартерные аккумуляторы для привычных автомобилей.
На данный момент распространены зарядные устройства, содержащие источник неизменного напряжения с возможностью регулирования зарядного тока. Исследование автором групповых устройств заряда батарей отечественных автокомбинатов, в частности, 16-го таксомоторного парка и 40-го автокомбината г. Москвы, показало, что они способны одновременно заряжать не больше 6 батарей. Время заряда полностью разряженной батареи - не менее 16 часов. На предприятиях, где число эксплуатируемых батарей >100, такие устройства не справляются с объемом аккумуляторов, подлежащих заряду.
Согласно исследованиям, представленным на EVS-14-17, бурное развитие электротранспорта (до нескольких тысяч единиц на 1 км2 к 2010

полностью заряженной АБ отдавать определенную емкость при разряде установленным током до установленного напряжения. Величины Q, j и и различны для разных типов АБ. Пример зависимостей для свинцового аккумулятора приведен на рис. 1.2, конечная емкость соответствует конечному напряжению икон. Минус метода - большая длительность (до 10 часов). Степень работоспособности АБ редкого обслуживания (с возможностью доступа к электролиту) также можно оценить с помощью внешнего осмотра пробок аккумуляторов АБ и электролита. Их почернение означает, что степень работоспособности АБ близка к нулю.
Перечисленные методы используются для диагностики первой группы - стартерных АБ. При измерениии Е или И точность определения () низка. Другие методы увеличивают время диагностики, поэтому для данной группы потребуется разработка методов оперативной диагностики начального состояния АБ для использования в разрабатываемом ЗУ
Согласно [43 - 47] для тяговых АБ ЭТС в процессе эксплуатации требуется непрерывно измерять И, I, О, температуру, внутреннее сопротивление и количество циклов АБ, комплексный анализ которых с помощью устройств «нежесткой» логики позволяет точно определять степени заряженности и работоспособности.
Итак, по итогам обзора определены группы АБ, для которых целесообразен групповой заряд, и оптимальные зарядные режимы данных групп. Установлено, что групповые ЗУ отечественных автокомбинатов зачастую не справляются с объемом требующих заряда стартерных АБ. Для АБ легких ЭТС в ближайшее время может потребоваться групповой заряд нескольких тысяч АБ, но существующие групповые ЗУ могут заряжать только до 12 АБ. Проблема диагностики начального состояния АБ тоже решена не полностью. Поэтому задача разработки группового ЗУ для одновременного заряда 50-100 стартерных АБ или 400-500 тяговых АБ ЭТС напряжением не более 24 В и емкостью не более 80 Ач с возможностью диагностики начального состояния АБ является весьма актуальной.
1.5. Постановка задачи разработки группового зарядного устройства
Обзор способов организации заряда показал, что групповая организация заряда ведет к снижению материальных и временных затрат владельцев транспортных средств. Однако принцип построения ЗУ в виде источника напряжения с регулированием тока (рис. 1.7, 1.8) не
удовлетворяет требованиям группового заряда АБ. Обзор зарядных режимов выявил наиболее эффективные режимы, основанные на заряде