关键词:
充电(精选十篇)
充电 篇1
由智能手机电池的发展趋势 (图1) 可见, 这两年电池容量有所突变。据德州仪器 (TI) 电池管理产品 (BMS) 大中华区市场和应用部门经理文司华介绍, 电池容量的突变并不在于电池密度是否有显著提高, 而在于手机的屏幕变大了, 所以电池容量、电池空间增大。另外, 电池电压也在不断提高, 原来都是4.2V电池, 现在变成4.35V, 今年有厂家在做4.4V电芯。电压提高的原因是:电芯每增加0.1V, 能让电池续航时间提升5%~8%左右。
2 传统的充电设计观念
现在第五代手机 (尤其是Androiidd手机) 的电池容量能做到3000m Ah, 对整个系统构架带来挑战, 用原来的适配器去充电已经落伍了, 以前的适配器, USB 2.0是5V输出, 0.5A电流, 合计2.5W, 现在对智能机有点慢。很多标配的适配器是5V/1A, 包括苹果i Phone 5以前也是如此, 这已算不错, 但也只有5W。对于Androiidd手机, 三星以前的Galaxy S4 26000m A h应该是不够的, S 4充电电流是1.5A以上, 适配器从5W一直在往上升, 真正的BC 1.2 (Battery Charging1.2) 协议, 包括国标在内的标准适配器是5V/1.5A, 就是7.5W。但这对3 0 0 0 m A h的电芯还是不够的。因为电池充电速度其实和电池大小没关系。例如, 当智能手环上的电池只有200m Ah, 是不是用一个输出电流更大的适配器就能让它充得更快?其实不然, 因为电池充电是要符合电芯厂规定的最大许可C倍率的。200m Ah产品, 1C等于200m A, 只要把容量拿出来, m Ah的小时 (h) 拿掉, 就是1C。通常比较安全的充电速率都是0.5C, 但其实0.7C也是很安全的, 而且大部分手机可以做到0.7C。所以, 不管电池多大都用0.7C充电, 其实充电时间是一样的, 很大的电芯用0.7C充电, 3个多小时也能充满, 很小的电池也必须用3小时充满, 不能提高得更快。以上是以前的观点。
3快速充电的两种途径
现在问题来了, 如果用3000m Ah的电池, 要用0.7 C充的话, 要用0.7×3000=2.1A。但2.1A已经突破适配器的电流, 因为常规的适配器是5V/1.5A, 2.1A已经突破极限了。所以3000m Ah的Android手机的充电时间就会变慢, 这是由于快充时, 一方面现在的适配器都不能够支持正常的大电量充电, 因此充电速率变慢了;另一方面怎样把3个小时再缩短?例如, 希望用10分钟把20%的电量充到80%?需要把常规的3.5小时以上缩短到1小时或1.5小时, 这是真正的提速和快充。
解决方案的一个关键是提高电流。由于传统的USB输出功率受限, 输出电压只有5V, 所以出现一个瓶颈, 充电线的粗细程度有一定的规范, 普遍不能支持2A的电流, 原因在于线的阻抗是固定的, 电流再大, 根据P=I2R, 线阻的功率损耗较大, 尤其转接头上也有一定的接触电阻, 因此有些厂家的方案是配备特殊的线缆, 有更小的阻抗。所以, 电流增大是个途径, 但是必须付出一些代价。例如, 去年OPPO推出的闪充, 其线材、适配器都是特殊的, 这是一种方法。
另一个方法是通过升压的方式, 这是目前关注度最高的。而且今年很多量产的手机新品会带有快充, 从1C到1.5C不等, 国产厂商也一定会有这种方案。以下详细介绍这种升压方案。
升压方案可以把适配器的5V电压提升。之前市场已经有类似的方案, 只不过今天我们是从手机内部的Charger (充电) IC角度来看, 当适配器能升到7V、9V、12V时, Charger I C怎样应付这种情况。例如, T I的Max Charge bq2589x是第一款高压输入 (最大正常工作电压14V) 大电流 (5A) 充电芯片, 它的一个优势是能提升功率而不增加损耗, 因为P=UI, 在提升电压的同时, 功率随之提高, 但由于电流没有改变, 仍然在2A以下, 线缆可以不用换, 适配器接口也不用换。
4 手机主板上的快充IC
USB线缆连接到手机上遇到的第一颗芯片叫Charger IC, 是放在手机主板上的 (图2) 。
TI的Max Charge可以独立识别并兼容普通5V以及更高电压输出的专有适配器。独立识别的意思是, 实际上识别高压适配器有很多种方式, 比如你可以通过AP (应用处理器, 即主芯片) 。独立的意思, Charger IC作为主板门户IC能够不需要任何其他芯片的介入, 自己就能够识别是5V适配器还是更高电压的适配器。原因是支持D+/D-信号以及VBUS电流脉冲两种适配器的握手信号。
因此, Max Charge芯片的好处, 首先是能够通过支持高输入电压支持快速的充电体验。我们可以把充电IC想象成黑盒子, 输入端的功率和输出端功率中间有9%~10%效率损耗, 输入端如果电压提升的话, 整个输入端功率也会相应提升, 输出端是单节锂电池 (现在手机、平板大都是单节锂电池, 3.7V左右) 的电压是固定的, 3V~4.2V~4.3V, 平台电压一般是3.7V, 如果计算, 例如输入端功率是7.5W, 5V/1A的适配器, 假如100%的效率, 输出端的电流约是2A。因为输出的电池电压是3.7V、3.8V平台电压, 所以:7.5/3.7≈2A。
假如今天是9V/1.5A, 即已经升压了, 9×1.5=13.5W, 输出端如果效率可以达100%, 那么输入端电流能够提升。由此可见, 在输入电压提升时能够实现快速充电。TI Max Charge是业界第一款能够同时实现支持5A充电电流和14V输入电压的芯片。
需要说明的是, 输入是从外部的适配器过来的, 一般是5V。有些适配器可以有高压输出, 但通常默认是5V输出, 但通过握手协议之后, 就会变成高压。当主板 (包括AP和Charger IC) 使能以后, 允许输出高压它就可以输出高压了, 所以这个高压是适配器给出来的。
为何平台电压会有3.7V~3.0V变化?可以把电池想象成一瓶水 (如图2最右侧) , 电流相当于水管的粗细程度, 变粗就更快了。水杯的高度是电压, 只不过水杯是中间粗、两边细的不规则形状, 因此开始充得很快, 但中间区域内呆的时间很长, 很大的就是3.7V的平台电压。这时候电流如果变得大, 注入时间就很快。所以此时快充的突破点是:为了快充, 提高了电流。
TI的方案是经Max Charge转换后电流变大。Max Charge能支持5A充电电流, 14V输入电压。5A是最大的标称值, 通常使用时会考虑到各种情况, 比如散热和电池容量, 所以3A~5A就可以做到这样一种平均的输入电流。
5 快充的效率
充电IC普遍效率是88%、89%, TI Max Charge bq2589x系列可在3.5A提升到91%, 这等于有2个百分点的提升。由于效率的提升, 在TI的实测中, 温度上升得很低, 室温下, 测试板上温度仅仅上升18℃, 以前要上升30多℃。
温升直接决定了用户体验。因为现在手机的适配器、主芯片、电池充电的温升/散热是很重要的技术瓶颈。所以很多设计体验, 由于散热不佳不得不采取折中办法。
6 放电
今天的Charger IC设计, 所有的M OS管都集成在里面, 采用串联电路, 这样充电时要经过MOS管, 但放电的时候会受到限制, 放电时要通过一个MOS管 (Q4) 。
图3是charger IC的主流架构图, 左侧是适配器的输入端, 通过电感电流流进入, 最后进入右侧大IC里再充电。现在用手机打电话时, 放电过程一定要通过Q4元件, TI Max Charge bq2589x的特色是, 放电电流可以支持得很大, 因为Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ (表1) , 堪称业界最低的阻抗。打电话进来, 主要是功放工作, 因为你要搜寻GSM信号时要把功率调得很大, 接收塔才能接收到。因此电路这边需要很大的瞬态电流 (尖峰电流) 。Max Charge的Q4阻抗很小;如果是其他的设计方案, 由于内置Q4 MOS管的阻抗不够小, 它里面还要再加元件, 增加了成本。
具体来看, 图3的电线是有阻抗的, 其实IC里也有电阻, 这些电阻会增加损耗。如果不计成本, 这些阻抗越小越好 (注:MOS管阻抗越小IC成本越高) 。TI能在相应成本之下把阻抗降到市场最低, 这是Max Charge最大的亮点。以前5V时, 电池充电到3.7V~4V, 5V、4V和3.7V差异很小, 一个5V到右侧3.7V实际差异不大, 因此Q3导通的时间很短, 这是切换电路:Q2-Q3, Q3-Q2两个交替切换, 实现能量高效率转移。以前5V时, Q2的导通时间是最长的, 所以Q2的阻抗要越低越好。
9V到14V差距很大, 这要求Q2的导通时间要缩短, Q3的导通时间要加长, 到了Max Charge bq2589x, TI第一次把Q3阻抗降得比Q2还要低。Q3阻抗直接降到16mΩ (如表1) 。这也是Max Charge区别于竞争对手的很大差别, 即Q3的阻抗直接让Max Charge的效率有显著提高。
图4是Q2和Q3的损耗, 它的切换频率是1.5V, 属高频切换, 这样的波形一直切换下去进行充电, 它的占空比可以从此图看出来。
那么, Q 3的1 6 mΩ是怎么实现的?如果看芯片的设计, 芯片是在Si O2基板上面做的很多流程。一般M O S管在芯片里占的面积是最大的, 众所周知, 面积越大电阻越小, 电流是垂直穿过去的。要想实现16mΩ, 必须要加大MOS管的面积, 这样成本也会相应增加。关键在于Max Charge bq2589x突破了很多设计限制, 进行了优化 (比如把数字部分缩小一点) , 使之与之前的芯片 (bq2419x) 管脚兼容。
在散热方面, Max Charge也有一些封装讲究:芯片采用QFN (四方扁平无引线) 封装, 特点是QFN封装下面有Power Pad (焊盘) 。在bq2419x系列之前, 手机上的Charger IC最初是集成在PMU里的, 采用BGA或CSP封装, 等到不得不把Charge分出来的时候, Charger IC也为了节省空间, 都用BGA封装。BGA封装, 即把晶圆上切割下来的die (芯片) 的反面Pad上装上焊球, 即die本身就是封装, 是最省空间的。Max Charge之所以采用QFN封装, 主要考虑散热, 由于QFN封装下面有Power pad, 因此封装比BGA大一些, 需要焊接在整个电路板上, 热是分散的, 不是浓缩在一点的。当然, 如果电池小的话, 也没有必要用大封装快充, 也就不需要QFN。
7 快充对电池的寿命影响
两年前TI推出了Max Life, 是为了在快速充电情况下兼顾电池的充电寿命。对于任何一个电芯来说, 只要用大电流之后一定会让寿命减少。比如电芯本来有500个循环, 用大电流之后, 它就只有450个循环。今天的电池技术已经能做到相当多的循环次数, 就算用1.5C充电, 也能做几百个Cycle (循环) 以上。
Ma x Life实质上是电量计, 利用Max Life技术实时监控电芯老化特性, 具体地, 是用电量计控制Charge, Charge初始情况下设置1.5C, 但发现电池老化很快的时候可能会把1.5C降下来。
但有些场合不需要Max Life。例如大平板, 平板4000、5000m Ah的都有, 即要用大电流, 就算已经到了3A还不会损坏电池的寿命, 还小于0.7C, 这样的用户没必要用Max Life技术。
8 快充适配器
目前的快充是统一的接口, 能否快充取决于所用的适配器技术。市场上通用适配技术做不了快充, 因为功率限制。适配器必须有升压功能才行, 即适配器必须有握手的条件。
9 无线充电可以快充吗?
无线充电能够做到快充, 只不过是个系统设计问题。
无线充电的快充, 首先一定是高压快充 (一定不会是5V的) , 因为无线充电的效率要求更加严苛。因无线充电损耗要比有线充电大一些, 因此整个线圈损耗要降低, 输出要想降低, 无线输出电压一点要高过5V才能做到更高效的充电。TI去年年末推出了10W的无线充电——今天最好的适配器也就10W而已。现在i Pad2、3也就是5V/1A的充电。
1 0 IR补偿
高充电电流将在充电路径寄生电阻和内部电池阻抗上引起电压降。较高的阻抗将导致充电过早地进入了恒定电压模式, 从而使得充电时间延长。IR补偿把充电器端子电压增至高于电池调节电压 (高出的幅度为I x R压降) , 以使充电器能够在恒定电流模式中停留足够长的时间, 由此实现快速充电。
具体如图5所示, 整个曲线包含的面积单位是m A×h (时间) , 即电池的容量, 如果电池电压刚开始掉下来时就停止充电, 那么电池容量就很小, 其实还有一小半的容量没有充满。所以, 业界经常谈论的70%、30%的问题, 就是花70%的时间充30%的电量, 原因是进入到了恒压区;花30%的时间充70%的电量指的是在恒流区, 横流区面积很大。最后想真正充满还是需要时间的。除了提升电流之外, 绿色线 (细线) 比红色线充得更快, 这是由于Max Charge使用IR补偿技术, 让电池充电过程更多处于大电流恒流区, 缩短它的充电时间, 所以恒压区就缩短了。仅通过这一项技术, 就能实现17%的时间缩短。
究其原因, 理想情况下电流是大电容的, 用恒流的话, 充到4.2V就可以停止了, 因为已经充饱了, 这是电容的充电。电池是电容+电阻的等效电路, 由于电池里内阻的存在, 并且电阻在外部也有, 所以, 充电就不是理想的过程, 可以看到既有恒流区又有恒压区, IR补偿的任务是延长恒压区, 减少恒流区。
1 1 电池部门的人员组成
电池部门也是研发人员聚集的重地。以TI公司为例, 其BMS部门由七八十名电池专家组成, 其中包含化学家和芯片设计人员, 他们拥有锂电池管理、充电创新的经验。 (注:本文主要根据TI公司BMS部的文思华博士的讲演整理, 未经讲演者确认。)
参考文献
[1]王国辉.无线充电技术及其特殊应用前景[J].电子产品世界, 2014 (7) :21
[2]李健.充电技术:停不下“充电”的步伐[J].电子产品世界, 2012 (9) :24
[3]Maniraj S.便携式消费电子产品中的锂电池保护[J].电子产品世界, 2014 (9) :56
[4]Racherla K.电池管理系统的温度测量[J].电子产品世界, 2012 (8) :43
谁让“充电宝”成了“充电爆”? 篇2
销售火爆,也不时会“着火”“自爆”
“聊聊微信,看看新闻,还不到下班时间,手机电量也就掉底儿了。”和长春市民孙昊阳相似,最近,我国5亿多手机网民中开始有越来越多的人关注到智能手机、平板电脑在“续航能力”上的短板。于是,移动电源市场迅速火爆起来。
记者在某电商主页搜索“充电宝”,发现共有来自92个不同品牌的53.52万件相关产品在网上出售。孙昊阳谈起自己网购“充电宝”经历,直呼因市场过于“繁荣”而挑花了眼。“网上有的品牌有近7万人次购买,有的却无人问津。同样电容的‘充电宝’价格相差巨大,以我关注的3000毫安移动电源为例,网上最贵的898元,最便宜的8.9元,相差百倍。”
一面是“充电宝”火爆的销售场面,另一面却是它不时着火、自爆的尴尬现实:11月4日,北京市民毛小姐挎包里携带的“充电宝”就发生了自燃,从其微博截图不难看出,她的挎包里层被烧坏,充电宝已看不出原貌,不少纸质资料已化为灰烬;而在6月23日,北京地铁10号线行经大红门站时,一名乘客包内的手机充电宝发生自燃,导致车厢出现短暂冒烟现象,随后乘客被紧急疏散到站台;7月29日,海航HU7364次航班起飞后,一旅客用充电宝给手机充电时发生爆炸……
自燃原因众说纷纭,谁来拆“不定时炸弹”
“充电宝”为何会成为“充电爆”?专家认为,“充电宝”的安全隐患主要来源于两个方面:一个是产品本身存在的质量问题,另一个则是消费者不合理的使用习惯,使之成为一颗“不定时炸弹。”
清华大学材料科学与工程专业的博士赵卓介绍,现在的锂离子电池在过度充电、放电的过程中会出现所谓的“枝晶现象”。“枝晶会‘刺穿’正负极隔膜,造成充电短路,从而烧坏电池并引发火灾。”
国家电网陕西分公司工程师王盛吉则分析称,实际上移动电源逆变器的质量也与消费者的人身和财产安全息息相关。如果逆变器不过关,充电时进入“充电宝”的电流忽大忽小这也是很危险的,一旦产生高温而电源本身又缺乏高温保护,那么就会发生意外。
即便不是在充电环节,“充电宝”也有可能出现问题。中航工业集团助理工程师陈皓表示,北京毛小姐“充电宝”之所以自燃,很可能是由金属物品摩擦引发的。“我看微博里说她上班跑得急,很可能是移动电源上的USB接口铜片和其他金属类物品发生了摩擦。把钥匙、硬币等金属和‘充电宝’一起放在包里实际是很危险的。”
在孙昊阳看来,如今消费者群体普遍对移动电源、电路缺乏基本的使用常识,“在我购买的‘充电宝’说明书里,没有防火防爆的相关内容。一旦自燃时如果有人拿水去浇不能灭火,反而可能触电甚至引发进一步的爆炸。”
专家:严控行业准入,消费者认真选购
据了解,我国目前只有电池国标,却长期缺乏移动电源行业的相关标准。吉林省消费者协会研究员宗守运表示,因为准入门槛低,所以许多技术不成熟、资质尚浅的企业进入市场。有时候在日杂商店甚至都能买到这种低压电器产品,这确实给消费者带来不小的隐患。
此外也有不少消费者投诉称,在市场上存在移动电源容量虚标、转换率偏低等现象。赵卓认为,国标应对移动电源的外观材质、电芯品质和电路保护设计都作出明确、严格的规定。除了期待国标尽快出台,赵卓还希望消费者能认真选购,使自身权益得到最大限度的保护。
首先,专家呼吁消费者要了解基本常识。华为公司负责移动电源测试设计的工作人员王小宇说:“不少人总认为充电宝容量越大越好,其实这是一个很大的误区,盲目选择大容量并不合理。”此外,他建议消费者选购时根据电池正面标示搞清电芯材质,不要被市场上笼统的“锂电池”称谓“浑水摸鱼”。
专家还建议消费者在购买时应注意在外包装上是否有厂家生产地址、电话、防伪码、条形码等信息,不要被低廉的价格和侥幸心理所驱使而购买“三无产品”。宗守运说,按照《中华人民共和国产品质量法》等相关法规,充电宝属低压电器产品,必须有“3C认证”,没有这一认证当下都可被判定为不合格产品。
充电新技术:让身体成为充电宝 篇3
近期, 科学家已经设计出可以通过人体热量产生电能的设备。这种小而灵活的发电器是由玻璃和织物制成, 可用于心脏监测器、智能眼镜和其他可穿戴设备。据该发电器制造商表示, 目前正对其再开发, 以实现给智能手机充电, 并期待这一技术可用于更为广阔的范围, 如汽车、工厂、飞机等。
点评:第二次工业革命后, “不断电”成为大多数人的愿望。随着技术不断进步, 只能依靠外部能源供电的现实有望突破, 靠人体自身“发电”是一种值得称赞的技术。尽管这一设备的应用范围还较为狭窄, 但原理一旦成功实践, 拓展应用范围只是时间问题。
充电 篇4
2、检查电器及电池的接触件是否清洁,必要时用湿布擦干净,干燥后按正确极性方向装入;
3、无成人监护时,不要让儿童更换电池,小型电池如AAA应放在儿童不能拿到的地方;
4、不要将新,旧电池或不同型号电池混用,特别是不能将干电池与充电电池混用;
5、不要试图用加热,充电或其它方法使一次电池再生,以免发生危险;
6、不要将充电电池短路,否则会损坏电池,并会发热使电池燃烧。
7、不要加热电池或将电池丢入水中或火中,将电池放入水中会使电池失效,将电池放入火中会使电池破裂,或发生激烈的化学反应爆裂伤人,或产生一些有害的气体和烟尘等。
8、不要拆卸电池,或试图用尖锐利器穿透电池,因电池内部电解液会伤害皮肤和衣物。
9、用电器使用后应断开电源开关,以免因发热等而起火;
10、应当从长期不使用的用电器具中取出电池,将电池放空后保存。并每3个月左右取出充放电一次;
11、电池应保存在阴凉,干燥处,避免阳光直射;
充电 篇5
也许你不知道,问题的根源就在于你错误地把“充电”与“充值”划了等号。充电如何与工作的高绩效挂钩,是职场充电的一个根本性问题。本期《职业》杂志从职场人士中发掘出五位充电达人,担任充电达人训练营教练,告诉你用学习给职业生涯“充值”的好方法。
入门级—现学现用法
银子,记者
达人表现:部门内参加培训最勤的人
达人法则:现学现用法
成绩:加入领导的智囊团
每次培训之前,我都会先整理出一些工作中的问题,带着问题去听课,这样即时听即时借鉴,用标杆学习的方法,即时套用到自己具体工作的改进上,并即时记在笔记旁边。主动在课下和授课老师多交流实务问题,就算暂时没有什么问题,也“旁听”一下其他同学与老师的提问交流。
培训结束后,我的第一件事是整理培训笔记与零散记录下的灵感,进行区分:哪些是可以立刻实施来改善自己工作的;哪些是条件不成熟或想法不成形,需要再放一放的;哪些是需要团队配合才能实施的。
要主动担负对自己所提建议的实施责任,趁遗忘规律起作用之前,赶紧行动。
初级—日积月累法
小闷,门户网站频道编辑达人表现:我用别人坐地铁的时间来读书
达人法则:日积月累法
成绩:觅到工作灵感的源泉
我是一个喜欢充电的人,不过我充电的方式不是报班,而是阅读。我读很多跟所从事工作内容有关的书籍,平均一个月读三本书左右,多的时候达到五六本。读书时间都是在乘地铁上班的路上,见缝插针。每次读到对工作有启发的东西,就划出来,晚上回到家再整理到专门的小本上。在网上也是这样,我经常搜索与工作相关的信息来学习,用记事本文档记下摘要。虽然收集的这些信息不一定马上能派上用场,但往往某个时刻工作的灵感和改进就来源于这里。现在我觉得自己已经形成了一个良性习惯,读的东西越多,越发现自己懂得太少,学习愿望也越来越强烈,一有空总会自觉拿起书本。
在这个海量信息时代,阅读必须有选择地看、批判地吸收、勤奋地记录,这样学习才是高效率的。
中级—分享法
Albert,电信合资企业销售主管
达人表现:销售部门的“兼职培训师”
达人法则:分享法
成绩:被同事选为最愿意合作的明星员工
每次培训后的首要事情是把课程的讲义转发给同事,然后组织大家一起讨论,主持和主讲自然是由我这个“兼职培训师”担任啦!当然,我不能只是培训老师的传声筒,我会提出对工作中的流程、表格、文件的修改动议。曾经,我只认为这个过程是我的职责所在,可是我渐渐发现,每次分享,把培训收获再用自己的语言表述出来,就是又进行了一次吸收和转化,自己理解得更加透彻,用到工作中就更得心应手,也更容易得到同事的帮助和支持。
现在的我,越来越热爱和习惯分享,学习不是分苹果,给了别人自己就少了;学习是分享,不仅不会有损失,还会交换来各种好想法,让工作的改进方案逐渐完善和可行。
在这个海量信息时代,阅读必须有选择地看、批判地吸收、勤奋地记录,这样学习才是高效率的。
高级—领先半步法
Mr.吴,国有银行个人理财客户经理达人表现:八证在手,畅行职场
达人法则:领先半步法
成绩:从行政岗位成功转岗为理财顾问
我手中的八个资格证,都是从事理财工作所需要的,它们有力地帮助我实现了成功转岗。每年,我至少都会选择两门理财方面的培训课程。一边学一边运用,几乎没有什么时间差。虽然课程本身有教材和老师,但要學好,尤其要用好,不能光凭课堂上讲的那点东西,必须往下深究去学习,要像我们在学校时读课外读物那样,扩充阅读相关领域的书籍,补习一些相关的知识。
培训也需要整体的规划,要去学跟自己职业生涯设计相符合的东西,参加自己想要去做的工作需要的培训。要了解自己所在岗位、行业的发展趋势,让充电比市场前进一点点。因为职业发展是一步步地前进,中间还可能有各种影响因素,“前卫”太多反而会造成知识“闲置”,超前一年就可以了。
骨灰级—空杯法
冯燕,职业生涯培训师、辅导师
达人表现:至少每个月都做一回学生的培训师
达人法则:空杯法
成绩:整个人充满自我完善的充沛能量
每次听课的时候都抱着“接收”的心态,注意!不是“接受”。强迫自己不要急着用自己的理性标准去做判断,先全盘接收下来,这就是“空杯”的心态。因为一旦运用自己的理性思维做判断,就可能已经先屏蔽掉一部分信息了。聆听的效果很重要,要静下心来,活在当下——在这个时候就做这一件事,到了这个场合就是听课、接收。无论老师讲得怎么样,我都会记笔记,跟着老师的思路,及时地反馈、提问,积极参与活动和训练。
在培训之后写体会,一定要写到回到工作岗位后准备怎么做,这个过程本身很重要。在接下来的执行中,肯定会走样,会遇到问题,那么我一定会主动向培训老师反馈、请教,再回到工作中进行改进。
哈佛图书馆自习室墙上的训言
1.此刻打盹,你将做梦;而此刻学习,你将圆梦。
2.我荒废的今日,正是昨日殒身之人祈求的明日。
3.觉得为时已晚的时候,恰恰是最早的时候。
4.勿将今日之事拖到明日。
5.学习时的苦痛是暂时的,未学到的痛苦是终生的。
6.学习这件事,不是缺乏时间,而是缺乏努力。
7.幸福或许不排名次,但成功必排名次。
8.学习并不是人生的全部。但,既然连人生的一部分——学习也无法征服,还能做什么呢?
9.请享受无法回避的痛苦。
10.只有比别人更早、更勤奋地努力,才能尝到成功的滋味。
11.谁也不能随随便便成功,它来自彻底的自我管理和毅力。
12.时间在流逝。
13.现在淌的哈喇子,将成为明天的眼泪。
14.狗一样地学,绅士一样地玩。
15.今天不走,明天要跑。
16.投资未来的人,是忠于现实的人。
17.教育程度代表收入。
18.即使现在,对手也不停地翻动书页。
充电站内电动汽车有序充电策略 篇6
温室气体的过度排放,导致全球气候变暖趋势加剧[1,2]。电动汽车作为新一代的交通工具,其在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面,相较传统汽车具备不可比拟的优势。目前,世界各国纷纷出台相应政策,推动电动汽车的发展与应用。
可以预计,随着未来电动汽车的普及,大规模电动汽车接入电网充电将对电力系统的规划与运行产生不可忽视的影响。其中,重要影响之一在于大规模电动汽车充电将带来新一轮的负荷增长,尤其是电动汽车在高峰期充电将进一步加剧电网负荷峰谷差,可能导致配电网线路过载、电压跌落[3,4]、配电网损耗增加[5,6]、配电变压器过载[7,8]等一系列问题。另一方面,电动汽车作为新型的移动负载,其充电行为具有较强的时空不确定性,大量电动汽车的广泛接入必将加大电网的运行控制难度。电动汽车有序充电控制对于降低电网运行风险,提高电网运行效益与可靠性具有重要意义。
对于在充电站(包括安装有多个充电桩和充电监控系统的停车场,下文统称为充电站)中实现电动汽车有序充电控制是必要的。有序充电的控制方式多样,文献[9]将每一辆电动汽车看做独立的能源消费者,其充电统一由电动汽车控制中心实时控制,利用这种控制方式可有效降低配电系统运行损耗。文献[10]在分析配电系统馈线网络损耗、配电网负载率以及负荷波动方差三者之间关系的基础上,研究用于降低损耗的有序充电控制方法。在不影响电动汽车动力电池使用寿命的基础上,文献[11]提出通过有序充电控制方法降低电动汽车用户的充电成本,并研究了电动汽车提供辅助服务的有序充放电控制方法。另一方面,利用电动汽车有序充电控制,可以与新能源出力配合,降低因为新能源出力不确定性与电动汽车充电时空分布不确定性对电网造成的负面影响。文献[12]研究了考虑电动汽车充电以及风电出力不确定性的随机经济调度问题。
随着电动汽车的发展,采用集中控制方式对数量巨大的电动汽车进行有序充电控制将对电网电动汽车控制中心的计算能力提出很高的要求。同时较大区域内电动汽车与控制中心的实时通信速度和可靠性也面临挑战。相反,作为只有相对少量电动汽车的充电场所,充电站能够迅速实时采集电动汽车充电信息,并根据电网实时状态,兼顾客户的充电需求,对其进行有序充电控制。以此为基础,结合分站分区控制便能迅速而经济地实现区域电网的有序充电协调控制。
本文旨在研究电动汽车充电站(特别是配备多个充电桩和充电监控系统的停车场)的有序充电协调控制策略。以充电站运行经济效益最大化为目标,以变压器运行不过载以及最大限度满足电动汽车用户充电需求为约束条件,建立电动汽车有序充电控制的优化模型,从而实现充电站内电动汽车的协调充电控制。
1 充电站有序充电目标与输入信息
一般电动汽车充电站的结构为在配电变压器下接有常规负荷和电动汽车充电负荷。对于配有专供配电变压器的充电站,常规负荷较小,可忽略。
作为电动汽车充电服务的提供商,电动汽车充电站按照充电电价收取充电服务的费用,按购电电价向电网公司支付电费,通过两者的差价实现盈利。
设充电站有N台充电机,每当有新的电动汽车客户接入充电站第n台(n=1,2,…,N)充电机时,充电控制系统可通过客户电动汽车上的电池管理系统获取电动汽车电池容量Bn,以及电池当前荷电状态Yn,A(即电动汽车当前电池电量与其电池总容量的比例)。为了制定电动汽车有序充电策略,客户需要告知充电站内充电控制系统该电动汽车预期的停留时间tn以及客户离开时期望的电动汽车电池荷电状态Yn,D。在此基础上,以满足客户需求以及充电站变压器不过载为前提,通过有序充电控制,实现充电站经济效益的最大化。
2 有序充电控制策略、模型及控制算法
2.1 控制策略
设充电站内所有充电机的额定充电功率均为P,配电变压器的额定容量为ST,充电负荷功率因数平均为λ。锂电池一般采用三段式充电方法进行充电,分别是预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段[13]。当从较低的起始荷电状态开始充电时,为了避免大电流对电池的冲击,一般需要经过短时间的预充电阶段。在恒流充电阶段,电池的两端电压基本维持不变,因此该过程充电功率基本维持不变。当荷电状态接近1时,电池进入恒压阶段进行充电,该阶段充电功率持续减小,但该阶段占整个充电时间的比例非常小。因此,本文研究假设充电过程为恒功率充电[14],以此计算得到的充电决策基本能够保证客户的充电需求。
根据变压器历史常规负荷(除电动汽车负荷以外的其他负荷)数据,可预测当日96点常规负荷曲线,时间间隔为15min。用Aj表示一日中第j(j=1,2,…,96)个时间段内允许充电站对电动汽车充电的功率占变压器容量的比例,Aj在[0,1]取值。对配有专供配电变压器的电动汽车充电站,Aj=1。
充电站当日的电价信息主要包括充电站从电网购电的电价和向电动汽车用户收取的充电电价,分别用cj和pj表示,j=1,2,…,96。
根据当前时间与充电站内所有车辆的预期停留时间设定值,确定从当前时刻起的所有车辆停留时间的最大值tmax,得到充电协调控制的时间段数J,系统每15min改变一次充电状态,则表示小于x的最大整数。
根据得到的充电协调控制时间段数J,构造充电站状态矩阵S,其元素Snj为从当前时刻算起第j个时间段上充电机n的停车状态:Snj=1表示有车;Snj=0表示无车。
每隔15min,充电站内电动汽车充电控制系统根据充电站内电动汽车停车状况、用户需求、电网负载和电价信息,调用有序充电优化程序,计算确定每台充电机在未来J个时间段内充电和停机状态,从而实现电动汽车充电站运营效益最大化。
2.2 数学优化模型
以充电站的运营经济效益最大化为目标,目标函数如下:
式中:Cnj为第n个充电机以当前时刻为起始点的第j个时间段的控制决策,Cnj=1表示该充电机开启,Cnj=0表示该充电机关闭;Δt为一个时间段的长度,本文取15min。
配电变压器容量约束如下:
式中:λ为充电负荷的平均功率因数。
在J个时间段内,被充电的电动汽车的电池荷电状态应当至少达到充电开始时所需求的最终荷电状态Yn,D,同时在充满的情况下应该停止充电。充电需求约束如下:
式中:n=1,2,…,N。
设C为由决策变量Cnj组成的充电机开停决策矩阵,上述优化模型是以C为决策变量的线性整数规划模型。本文使用CPLEX[15]优化工具包进行求解,计算效率较高。
2.3 异常处理
在解决客户的实际需求时可能会遇到这样的问题:客户的需求急切,在短时间内需要充电站为之提供大量的电能(例如较大的Yn,D和Bn,较小的tn)。此时由于充电设备硬件约束(充电功率P不可能很大),以及变压器容量约束,充电站不能满足客户的需求,即出现不能满足电动汽车用户离开时电池荷电状态至少达到Yn,D的情况。在优化问题求解时表现出优化无解。
为解决此问题,当用户输入Yn,D之后,求解优化控制策略,若无解,提示用户此时系统不能满足客户充电需求,并将该用户Yn,D递减2%,再次求解,直到有解为止。优化系统告知顾客最终调整后的Yn,D,若客户满意,即按照调整后的Yn,D执行优化控制。若客户不满意,只能放弃这位客户。若Yn,D降到Yn,A时,上述问题仍无解,则此时充电站不能满足客户的任何充电需求,也只能放弃这位客户。
根据上述模型进行计算,进而得到充电机开停决策矩阵C,实现电动汽车充电站的有序充电控制。系统每15 min更新系统状态,发出新一轮控制命令。如果在本次15min的时间间隔内没有新车进入充电站,则按照原先计算好的控制策略每隔15min改变充电机的状态,如果有新车进入,则在新车进入后按照上述步骤重新计算,但在本次15min时间段内,保持原有车辆的充电状态不变。在下一个时间段开始时,根据新计算得到的控制策略,改变充电站内充电机的状态。对于充电站的实际监控,在充电的15min间隔内,充电机动态监控电池的充电状态,当充满时自动停止充电。
2.4 有序充电控制流程
充电站内有序充电控制流程如图1所示。
3 算例分析
3.1 参数设置
以一个小区充电站为例,配电变压器下带有常规负荷和电动汽车充电负荷。配电变压器的容量为800kVA。根据中国2010年4月通过的《电动汽车传导式接口》[16],采用常规充电模式对该充电站内电动汽车进行充电,充电功率为7kW,充电负荷功率因数为0.9。该充电站拥有充电桩80个。居民负荷占配电变压器容量的比例rS的曲线如图2所示,最高负荷为配变容量的50%。
充电站从电网购电的电价采用国内工业用电分时电价的形式[17],而充电站收取电动汽车的充电电价则取统一的价格,具体充电站电价参数设置如表1所示。假设该充电站每日为100辆私家电动汽车提供充电服务,分析居民用户一般使用电动汽车的习惯,设计电动汽车的充电数据如表2所示。
3.2 无序充电
为了验证有序充电的控制效果,先计算无序充电情况下充电站运营情况和变压器负载情况,并将运算结果与有序充电情形作比较。
在无序充电情形下,只要充电站有空余车位,即可为新进入的电动汽车提供持续充电服务,直到用户离开为止,若在此之前电动汽车电池已经充满,也应停止充电。在无序充电情形下,充电站可能因为大量电动汽车的接入,导致配电变压器过载,也可能因为用户的需求急迫(在短时间内要求荷电状态达到较高的要求),出现电动汽车即便一直在充电,但在离开时动力电池也不能充满的情形。
3.3 基于蒙特卡洛模拟的仿真分析方法
基于蒙特卡洛仿真法,根据表2的数据,随机产生多个电动汽车充电日需求数据,并对电动汽车的充电过程进行有序充电控制和无序充电2种情形的计算。每次仿真具体的计算流程见附录A。
注:N(a,b2)表示取值服从均值为a、标准差为b的正态分布;a∨b表示取a与b之间的较大值;U(a,b)表示取值服从a到b的均匀分布。
为分析有序充电策略对电动汽车充电站运行参数的影响,需对数据进行统计分析,统计信息如表3所示。
3.4 仿真结果
通过蒙特卡洛法模拟100辆车在一日内的充电需求,并统计有序充电和无序充电2种模式下的计算结果。通过模拟计算充电站在有序充电和无序充电2种情形下的平均收益bave,得到如图3所示的平均收益曲线。
从平均收益曲线可以看出,蒙特卡洛计算次数大于400后,平均收益基本保持不变。因此将仿真次数设定为400。仿真在中央处理器(CPU)为Intel Core i3,4GB内存的计算机上完成,仿真结果如表4所示。叠加常规负荷和电动汽车充电负荷得到在有序充电和无序充电2种情形下的期望日负荷曲线和常规负荷曲线如图4所示。
注:bmax和bmin分别为充电站最高收益、最低收益;rave,rmax,rmin分别为充电站放弃服务客户的日平均比例、日最高比例、日最低比例;R为充电站日平均车辆降低充电需求所占的比例;Tave为平均计算时间;Pmax和Pmin分别为最大负荷和最小负荷占配电变压器容量的百分比。
3.5 结果分析
1)本例中,在有序充电模式下,充电站的运营收益大约为在无序充电模式下的3倍,说明有序充电方法的引入使得充电站的运行经济效益大大提高。
2)对比仿真数据可发现,在2种充电模式下,充电站日放弃服务客户的比例均保持在较低的水平,说明采用有序充电方法并不会对用户使用充电站充电造成显著影响。没能进入充电站的车辆的情形基本在充电站没有多余车位时发生。事实上,当不计及配电变压器容量约束时,放弃为客户服务将仅会在充电站没有多余车位时发生。因此充电站日放弃服务客户的比例与充电站的车位数量、电动汽车的充电时间分布以及配电变压器容量直接相关。
3)在有序充电模式下,日平均车辆降低充电需求所占的比例维持在很低的水平,说明该充电站能在具有较高经济效益的同时,基本满足用户的充电需求。
4)在有序充电模式下,每计算一个时间段的控制策略的平均时间仅为1s左右,计算速度快。该算法适合对大规模充电站内的电动汽车进行实时有序充电控制。
5)通过分析有序充电和无序充电2种情形下的典型日负荷曲线,发现在无序充电模式下,在负荷晚高峰时,大量的电动汽车接入充电,使得晚高峰进一步升高,加剧了峰谷差。而在有序充电模式下,尽管晚高峰并未进一步升高,但在夜间谷电期,由于购电电价便宜,充电站为获取较大经济效益,在这段时间集中大量的电动汽车充电,导致在夜间电网局部出现了一个用电高峰,此用电高峰甚至比晚高峰更高,这说明在电动汽车大量接入的情况下,单纯采用分时电价的方式调控电动汽车充电站的充电行为,可能使得大量的电动汽车聚集在电价便宜的时间段充电,导致局部电网另外一个用电高峰的出现。
4 结论
本文根据充电站实时运行状态,结合电动汽车用户的实际充电行为,充分考虑进入充电站电动汽车的不同荷电状态、停留时间以及不同客户需求,以充电站运行经济效益最大化为目标,建立了充电站电动汽车充电数学模型,实现了充电站内电动汽车的协调充电控制。通过仿真分析,得到以下结论。
1)采用所提出的有序充电控制方法,在保证客户需求以及变压器运行不过载的基础上,可显著提高充电站的收益。
2)所提出的控制策略计算效率高,适合大规模充电站的电动汽车有序充电实时控制计算。
3)从采用有序充电方式后的负荷曲线发现仅仅通过单一的分时电价协调充电站有序充电控制行为,可能在某些情形下并不能降低局部电网的峰谷差,相反大量的电动汽车接入可能导致局部电网另外一个峰荷的产生。
需要说明的是,本文中给出的策略特别适合应用于安装有多个充电桩和充电监控系统的停车场。该策略每隔15min改变一次充电站充电机开停状态,此时间间隔可根据实际情况合理设置。进一步的研究方向主要包括以下2个方面:(1)多目标的有序充电控制以及充电站间协调有序充电控制,以有效降低电动汽车充电对电网的影响;(2)在有序充电控制模型中考虑改变充电状态对电池寿命的影响。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
充电 篇7
1 充电系统的组成
充电系统主要由输变电设备、充电机、充电桩、车载动力电池和充电控制系统组成。
(1)输变电设备由箱式变压器、大线径电缆、配电柜等组成。电力变压器需向当地的国家电网公司申请报装,这受安装地点电网分布、场地条件等因素限制。由于北京城区用电负荷大,线网饱和度高,增容难度较大,一旦近处无电网资源,需要到较远处搭接电网,工程费用成几何倍数增加,甚至无法为充电站供电。因此在设计电动车线路时必须从是否能有电力资源开始。北京一般工业企业用电,首次只能报装400KVA以下的箱式变压器,如报装400KVA以上的需要建设小室和专业配电室,配备专业电工24小时看守,费用和成本会大幅提高。
(2)充电设备由充电机、充电桩组成。充电机由多个充电模块做相应连接组成,充电功率由连接模块的多少决定,但必须小于电力变压器的最大供电输出功率。
我们使用的TEV-M系列电动汽车充电电源模块,每个模块30千瓦,最大输出电流40A,是针对各种电动汽车快速充电需要开发的新一代数字化电源模块产品。该产品采用三相有源PFC技术,输入谐波电流THD≤±5%,整机效率为94%。该电源模块具有输出电压、电流调节范围宽、体积小、重量轻、效率高,独特的功能和方便扩展等特点,完全满足充电站充电设备的要求。
(3)钛酸锂车载动力电池。钛酸锂电池的钛酸锂材料与碳材料做负极电池相比,具有明显的优势:它为零应变材料,循环性能好,使用寿命长,充电寿命在20000次;放电电压平稳,而且电解液不致发生分解,钛酸锂的电势比纯金属锂的高,不易产生锂晶枝,提高锂电池安全性能;与炭负极材料相比,钛酸锂具有高的锂离子扩散系数,因此可实现高倍率充放电,最高达6C充电。
钛酸锂电池的缺点是能量密度小,大约为磷酸铁锂电池的60%左右,适用于单程小于20公里的公交线路。
2 影响充电速度(时间)与效率的因素
影响充电速度(时间)与效率的因素主要有:
(1)输变电设备的供电能力,主要是指电力变压器的最大输出功率。
(2)电池组的性能,目前常用的磷酸铁锂、三元锂、多元锂、钛酸锂电池。钛酸锂电池充电速度最快。
(3)同种电池的单体电池容量,电池容量越高,生产技术水平越高。
(4)电池的装载量,装车电池总电量,同一种电池总电量越多,电池总重量越大,充满电时间越长,续驶里程越长。
(5)充电机的充电能力。一般因车载电池组所能承受的最大充电电流而定。充电电流越大充电速度越快。按照目前我国标准,每支充电枪允许最大充电电流为250A,车辆上的双枪充电插口同时使用最大充电电流为500A。观光一线使用的充电电流设定为480A,电压580 V,因此充电很快。每分钟可充电4.64度。
3 合理调度车辆充电提高充电效率
观光一线线路长度20公里,全线配20辆12米纯电动车。安装一台400KVA箱式变压器,二台充电设备,二个充电桩互作备份,充电时只用一套。
(1) 400KVA箱式变压器,能否满足20辆车的充电要求呢?我们可以通过附表进行分析计算。
充电量=(充电电流×充电压×充电时间)/1000 (度)
例如:充电电流为480A,充电电压为580V,充电时间为10分,充电电量为:(480×580×10)/(60×1000)=46.4度
续驶里程=总电量/单位里程消耗电量。
一般12米纯电动大客车,根据其负荷大小,如是否开空调(暖风),是否开灯光,车载视频系统及其它耗电设备每公里耗电在1—1.3度之间。假设每公里消耗电量为1.3度,46.4度电可续驶里程为:46.4/1.3=35.7公里。一般动力电池要求放电不超过70%就要充电,否则将影响电池的使用寿命。因此46.4度电只能续驶35.7×0.7=25公里,之后就必须充电。
(2)提高充电桩使用效率的充电调度措施。在保证运营的前提下,通过调整充电时间长短和充电次序,延长充电桩占用(充电)时间,提高充电桩使用效率。
措施一:从头班车开始,每车回场后不论车上剩余多少电量,要进行充电,尽量充满。以此类推。即头班车实行“一圈一充,第二、三圈可视充电桩占用情况、发车间隔时间、车上剩余电量采取二圈一充”。
措施二:如果后面没有排队充电的车辆,并有足够的充电时间,车辆一定要将电充满(100%)。
措施三:如果有2辆以上车排队,充电不得超过6分钟(27.4度,30%左右)后,让后面车辆充电。
措施四:如果有多辆(3辆以上)车排队充电,由调度员让其中有超过65%的车放弃充电,出站运营一圈,让后面剩余电量不足50%的车充电。
措施五:最后一圈收车后一定将电充满(100%),以便使第二天第一圈发车时都是充满电的车辆。
通过以上的计算分析和采取合理地充电调度措施,一台400KVA的变压器的供电能力和一套充电设备(一台充电机和一个双枪充电桩)即可满足观光一线20辆12米纯电动车的充电需求。
4 对纯电动公交大客车应用的思考
(1)纯电动大客车与传统燃料车比较,由于续驶里程短,受到电力供应及充电设备等因素限制,在应用方面有着很大的局限性。因此,纯电动大客车应用必须作为一个系统工程来设计,从线路长度、配车数、发车间隔、变压器选型、充电站位置、场站面积等诸多因素统筹考虑,进行整体设计。
(2)理想的纯电动公交车运行具备的最佳条件:采用快充型车辆的线路长度不超过20公里;要在始发场站内建设充电站(桩),实现即充即发;车载电池充满电总容量能满足充满电,能够行驶3次周转里程,同时剩余电量不低于20%;电池充电次数寿命不小于15000次。
(3)如果采取建设快充、慢充兼容的充电站为最佳配置,这样可以实现快充(钛酸锂电池或三元复合锂电池)和慢充(磷酸铁锂电池)。一条线路中由快、慢充两种不同车型混合编队或两条线路采用快、慢充不同的车型编队。白天采用快充,为快充车型充电,即充即走,可采用一圈或两圈一充的充电方式,此种车型电池总容量100度以内,续驶里程50公里以内即可;夜间采用慢充为慢充车型充电,充一次,续驶里程可达200公里以上,充一次电可以满足一天的运营里程。这样就可以充分利用夜间充电提高充电设备的使用效率,为更多车辆提供充电需求。
(4)不宜建设大型集中充电站。建设大型充电站,投资巨大,也不可能在同一区域规划多条适合纯电动车运行的短线路。因此建议选择配车20辆以内短线路,在公交场站内建设一台400—500KVA的免值守箱式变压器和三四个快、慢兼容充电桩即可满足充电需求,同时占用场地面积也不大。只要满足上述条件,成熟一个建设一个,在全市逐个建设类似撬装(单元)电动车队,这样可以实现无备车运行,大大降低纯电动公交车的建设和使用成本。
(5)由于纯电动汽车是驱动电机作为原动机,采取先进的电控技术,可靠性高,振动噪声小,实际使用证明故障率较传统燃料车低,车辆维修成本低,同时电价比燃料价格要低得多。因此只要把纯电动大客车作为一个公交客运的应用系统统筹规划设计,使车辆在全寿命周期内的总运营成本低于传统燃料车辆是可能的,同时可以取得较大的环保效益。
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纯电动汽车的充电
当组合仪表上的相应指示图标(黄色)点亮或当仪表剩余点亮小于等于25%时,则此时该电动汽车必须进行充电。充电的具体操作步骤如下:
(1)车辆应该停放在远离易燃易爆物品的室内,换挡手柄置于“P”挡,拉起手刹,点火开关打到“OFF”。
(2)检查冷却液,确认液位是否正常。检查充电桩插座,确保安全可靠。
(3)充电时,先插上“交流充电线”的供电端;之后,向上提拉驾驶员座椅左侧的开锁开关,打开充电口盖,插入“交流充电线”车辆端。
(4)当组合仪表上图标相应图标(红色)点亮时,表示充电链接装置已经正常连接。当组合仪表上相应图标(黄色)点亮时,表示电动汽车电池已开始充电。
充电 篇8
有没有想过有一天通过自己的衣服就能给移动设备进行充电?听起来好像天方夜谭, 但现在确有实现的可能。在大家的印象里, 电缆只是用来进行电能传输的工具, 佛罗里达大学研发出了既能进行电能传输又能进行储能的电缆。研究者通过纳米技术将电缆内部分层, 在电缆内部的电线上衍生出胡须状的连接, 从而使电缆内部的电线在需要时变为电极。分层后电缆最外层与内部电线通过纳米技术的连接变为一种纳米级的超级电容器, 即通过纳米技术在电线外部构建了一个电容器, 在存储能量的同时不对能量的传输造成损害。
这项技术也可以应用衣物纤维以及其它种类的材料进行实现, 通过衣物纤维存储足够的能量以实现包括充电在内的各项功能。应用柔性太阳能电池单元与衣物纤维混合制造的夹克衫, 可以实现对设备及其它物件的充电功能。虽然这项技术距离其商业化仍然有很长的路要走, 但相信只要耐心等待, 可充电的夹克不会是梦!
(中国科技网)
适合铅酸蓄电池充电的太阳能充电器 篇9
目前在太阳能充电系统中主要使用的蓄电池有三种即开口铅酸蓄电池 (Vent Lead Acid Battery) 、阀控铅酸蓄电池 (Valve Regulation Lead Acid Battery) 和镍钙、镍氢、镉镍电池 (Nickel-Calcium, Nickel-Hydrogen Battery) 。在这三大类电池中, 开口铅酸蓄电池由于在其使用过程中存在水的易泄漏、易挥发、比容量低等缺点, 而镍钙、镍氢电池虽然容量大, 但价格昂贵。阀控铅酸蓄电池 (VRLA) 由于其价格低、容量大、自放电率低、结构紧凑、不存在镉镍电池的“记忆效应”、寿命长、免维护等优越性[1,2,3], 对于无人值守或缺少技术人员的偏远地区使用特别适用, 从而在太阳能充电系统中得到大量的应用[4]。
影响铅酸蓄电池寿命的因素有很多, 其中过充电程度就是其中的一种。在太阳能充电系统中过充电程度随季节天气的变化而变化, 在冬天, 蓄电池可能一直没有充满过, 而在夏天, 蓄电池却可能经常是满的。为了延长蓄电池的寿命, 必须合理的控制蓄电池的充电过程。当蓄电池充电到一定程度时要停止充电或减小充电电流, 防止不合理的过充电对蓄电池造成损害[5,6,7,8]。
1 铅酸蓄电池的充电方法
普通的铅酸蓄电池的充电方法很多, 本文采用的是在符合智能充电[9]的条件下对蓄电池充电。美国科学家马斯 (J·A·Mas) 对铅酸蓄电池充放电过程中的析气问题进行试验, 提出了以最小析气率为前提的铅酸蓄电池充电电流曲线, 如图1所示。
归纳为马斯三定律。主要论点是:以最小出气量为前提的充电电流是一条指数曲线, 在充电过程中的任一时刻t, 可接受的最大充电电流ia可由式 (1) 表示, 即:
式中I0:充电初始最大电流;α:充电接受率。
根据此式, 我们可以得出的结论是:蓄电池是按照其充电接受率而接受充电的, 如果低于a值的充电, 充电时间将会延长, 但是超过a值的充电, 充电时间不但不会缩短, 反而会使电池气压和温升有所增加。因此, 蓄电池只有在获得较大充电接受率同时抑制电池析气现象产生的条件下, 才可以用较短的时间使电池充满。
知道了蓄电池的可接受充电电流曲线, 按照这条曲线采用智能控制的方法使蓄电池的充电电流始终保持在这条曲线所对应的充电电流附近, 达到了蓄电池快速充电的目的, 同时对蓄电池影响也不大, 这种控制方法统称为智能充电控制。然而在太阳能充电系统中此法不合适, 因为太阳能充电系统中充电电源本身即太阳能并不是真正的无限电源, 这个电源是有限的;同时在对蓄电池充电的还必须考虑电源电流是否合适。因此, 在太阳能充电系统中, 对蓄电池的充电没有固定的规律, 充电的情形是随光照强度和温度的改变而变化的。
2 太阳能电池最大功率跟踪的方法
2.1 最大功率跟踪的基本原理
在太阳能充电器中, 太阳能电池是最基本的环节, 若要提高整个系统的效率必须要提高太阳能电池的转换效率。图2是用图解法得出太阳能电池的工作点的示意图。在图2中, 直线表示负载电阻的I/V特性, 曲线表示太阳能电池的电流-电压即 (I/V) 曲线, 二者的交点即为太阳能电池的工作点, 工作点的电压和电流既要符合太阳能电池的I/V特性又符合负载本身的I/V特性, 在本系统中, 太阳能电池的工作点的电压和电流既要符合太阳能电池的I/V特性又要符合蓄电池马斯曲线的特性。因为在给定的温度和光照条件下, 太阳能电池的输出功率存在着最大点, 所以太阳能电池能否工作在最大功率点取决于其所带的负载大小。因此, 如果交点不在最大功率点上, 那么太阳能电池和负载就处于失配状态, 太阳能电池所产生的电能就没有被充分利用[10]。
我们知道, 外界的因素, 通常是人为无法改变的, 温度和光照在一天中是变化的, 太阳能电池的输出特性也随之变化, 要使太阳能电池始终能够输出最大功率, 必须适当的改变其所接负载的大小。本论文利用控制器通过控制开关管的导通状态来实现最大功率跟踪的, 太阳能电池所接的等效负载是开关管占空比和DC/DC变换器与其所带负载的函数, 通过调节开关管的占空比就可以达到改变太阳能电池负载大小的目的, 从而实现最大功率跟踪。
2.2 扰动观察法
何寻找最大功率很重要, 本论文采用扰动观察法。
扰动观察法主要根据太阳能电池的P/V特性, 通过扰动端电压来寻找MPPT (Maximum Power Point Tracking) , 其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值 (V+△V) , 再比较其扰动前后的功率变化, 若输出功率值增加, 则表示扰动方向正确, 可朝同一方向 (+△V) 扰动;若输出功率值减小, 则往相反 (-△V) 方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大。此时应有:
此种方法的最大优点是结构简单, 被测参数少。无需知道太阳电池的特性曲线, 在太阳能光伏系统最大功率点跟踪控制中常采用此方法。图3是扰动观察法流程图。
3 本系统的充电方法
在本系统中, 蓄电池总的充电策略是动态跟踪蓄电池可接受的充电电流, 如果蓄电池的充电电流符合或者通过调整占空比能使其符合当前马斯曲线所对应的最佳充电电流即最大充电电流时, 便可以此电流对蓄电池充电;否则就要在符合马斯曲线前提下以最大功率对蓄电池充电。这样就保证蓄电池几乎在无气体析出的条件下充电, 起到保护蓄电池的作用。
考虑到最大功率处所对应的电压有时会低于蓄电池的充电电压, 因此, 需要加入DC/DC升压变换器, 由于本系统是对24V铅酸蓄电池充电, 因此所选用的DC/DC变换器的输出电压应大于24V铅酸蓄电池所的电压, 所以, 本设计选用MAX668芯片[11]。
图4是太阳能充电器的结构图, 其中, 前级AD采样模块采集的太阳能电池输出的电流和电压值;后级AD采样模块采集的是铅酸蓄电池的充电电流和电压值。
4 实验及结果
本实验的太阳能电池在标准测试条件下的额定峰值功率为36W, 开路电压为21.5V, 经实验, 得到直接对蓄电池充电和采用MPPT算法充电在不同条件下测得的充电电流, 实验表明, 采用了MPPT充电控制器以后, 在相同的外界条件下, 太阳能电池的充电功率比直接充电有了明显的提高。
摘要:文章针对铅酸蓄电池及太阳能电池输出伏安特性曲线的特点, 设计了基于单片机控制的太阳能充电器。通过扰动观察法, 改变占空比, 使充电器在符合马斯曲线的条件下以最大功率工作, 增强太阳能电池的转换效率。
关键词:马斯曲线,扰动观察法,最大功率
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充电 篇10
电子产品令人眼花缭乱,而各种充电设备也层出不穷。一家瑞典公司发明了一种新型充电器,可以为你的手机、相机等电子产品充电,而这一新型充电器仅仅需要一勺子水,它便可以产生可维持10小时手机使用的电量。
这种充电器的工作原理基于一项化学反应。水会和充电装置里面的化学物质硅化钠发生反应,产生氢气,唯一产生的副产品是水蒸气。这种新型设备可以用作便携式充电器,也可以直接用作电源,接上手电筒或者台灯就可以使用。
智能滑板:通过语音、动作操控
玩过滑板的同学肯定都吃过苦头,这不,智能滑板就应运而生了。美国“混沌月亮实验室”研制出了一种神奇的智能滑板,即使最笨拙的人也能够通过语音和动作进行操控,从而让你畅快、平稳地滑行于大街之上。
研究团队在装有发动机的滑板上安装了体感系统设备、_部可以通过语音控制的三星平板电脑等部件。这种“超酷滑板”的最高速度可达每小时52千米,使用者可以通过语音、动作来控制滑板。
在实验室里合成肉类
现在我们吃的肉类,大都是通过宰杀禽畜和水产品等获得的。科学家一直想在实验室里合成肉类,这样就可以大幅减少对动物的杀戮。科学家们最近宣称,在实验室中合成肉类的技术已经完全掌握。
利用这项技术,人们可以利用少量的肌肉细胞制造出大量的肉类,因此这是一项对于生态而言更加友好的技术。不过实验室里的“试管肉”能否成为现实还有很重要的一关,那就是广大的消费者能不能接受。口味如何呢?现在谁也不知道。
为昆虫安装微型摄像头
如果把摄像头装到昆虫身上,那昆虫就成了一个灵活的“机器昆虫”。装上微型摄像头和麦克风的飞行昆虫,可用于在震后营救行动中搜寻地震幸存者。这些微型装置利用昆虫翅膀拍打发电提供能量,也就是将动能转化成电能。
当然,这些飞行昆虫也可以用于军事侦察,或者部署到不适于人类进入的危险地区,例如日本福岛第一核电站。
目前,美国密歇根大学一个研究小组已经为一只绿色六月鳃角金龟安装了微型动能发电机。
银河系或拥有数十亿颗适居行星
在《星球大战》和《星际迷航》等热门科幻影片和电视剧集中,宇宙是一个充满生命的所在。地球之外还有行星适合人类居住吗?有“外星人”存在吗?这是一个普通人和科学家都感兴趣的话题。丹麦天文学家经长期研究发现,银河系内可能存在数十亿颗适居行星,适于人类生存的行星在银河系内非常普遍。
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