目前,国内外充电机比较常用的充电方式有:恒压充电、恒流充电、恒流转恒压充电、脉冲电流充电以及恒功率充电等。
恒压充电是指在充电的过程中,对电池进行恒定电压的充电,因此充电时充电电流将会越来越小。当充电电流减小到某一数值时,则电池充满,停止充电。
恒流充电是指在充电的过程中,对电池进行恒定电流充电,因此充电时充电电压将越来越大。当充电电压上升到某一数值时,则电池充满,停止充电。
恒流转恒压充电是指在充电的开始阶段采用恒流限压充电方式充电,当电池的端电压达到一定值后,再用恒压限流的方式充电。
脉冲电流充电是指在充电的过程中,对电池进行周期性脉冲电流充电。充电时一个周期内包括了充电时间和间歇时间,充电时间内充电机用较大的电流对电池进行充电,间歇时间内停止充电,这种充电方式能减小电池在充电过程中的极化现象。
恒功率充电是指对电池进行恒定功率的充电,当电流变小时则电压变大,当电压变小时则电流变大,通过这种方式保持充电机输出电压和输出电流的乘积(即输出功率)不变。
1、国外研究现状
上世纪70年代初,美国就开始了对动力电池充电器的研究工作,后来国外许多国家也纷纷加入其中,利用人工智能、模糊控制等先进技术,改善了充电机的充电方式并取得了较好的效果。传统功能简单的充电机发展成功能齐全、易于控制的智能型充电设备,这种改善后的智能充电机能够实现对电流、电压、充电电池温度等相关参数的监测和显示;不仅能够实现充电策略的定制,而且还可以根据充电电池的种类以及电池状态来设定不同的充电方式;同时设计有各种充电保护电路,具有更高的安全性。
2、国内研究现状
上海交通大学2004年对电动车用超级电容(容量为50000F或者100000F的电容)采用恒流、恒流转恒压、恒压、恒功率四种充电方式进行充电,总结得出对超级电容充电时,超级电容的容量随充电电流的增加而下降;充电电流越大电容端电压升高速度就越快;当停止恒流充电时,恒流充电的电流越大,电容端电压的回落就越大;恒流和恒功率方式给超级电容充电时间比恒压和恒流转恒压充电时间短等特性。
2009年厦门大学也对超级电容的储能做了研究,得出以下结论:当中、小程度电流给超级电容充电时,超级电容电能的存储量比较稳定,当大电流给超级电容充电时,超级电容的储能量就会减小;用小电流给超级电容充电时效率较低,采用中等程度的电流给超级电容充电时充电效率最高,当充电电流增大到一定水平时,充电效率会随着电流的增加而下降。
2011年研制了一种超级电容的充电装置及充电方法,该充电装置在充电的开始阶段,使用软启动方式,当超级电容器端电压和其能承受的最大充电电流的乘积小于充电电源所能提供的最大充电功率时,使用限流充电方式;当超级电容器端电压和其能承受的最大充电电流的乘积大于等于充电电源所能提供的最大充电功率时,使用恒功率充电方式。
虽然我国的对超级电容充电机的研究有了很大程度的发展,但同国外相比还有很大的差距。我国设计的超级电容充电机大多都是通用型充电机,但由于超级电容单体的端电压很小在使用时必须串联使用,如果釆用通用型充电机就会造成每个超级电容单体的差异性,从而影响电池组性能的一致性,缩短电池的使用寿命。