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锂离子电池组充电方法



  锂离子电池组的充电方法 锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无 污染、自放电小、循环寿命长,是一种理想电源。在实际使用中,为 了获得更高的放电电压, 一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂 离子电池组使用。目前,锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、 电动自行车和备用电源等多种领域

  锂离子电池组的充电方法 锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无 污染、自放电小、循环寿命长,是一种理想电源。在实际使用中,为 了获得更高的放电电压, 一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂 离子电池组使用。目前,锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、 电动自行车和备用电源等多种领域。 因此如何在充电时将锂离子电池组使用好显得尤为关键, 现将锂 离子电池组常用的几种充电方法以及本人认为的最适合的充电方法 试述如下: 1、普通的串联充电 目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电, 这主要是因为串 联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池 之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异,在对锂离 子电池组串联充电时, 电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最 先充满电,而此时,其他电池还没有充满电,如果继续串联充电,则 已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。 而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能, 甚至可能会导致爆 炸造成人员伤害,因此,为了防止出现单体锂离子电池过充电,锂离 子电池组使用时一般配有电池管理系统(BatteryManagementSystem, 简称 BMS) ,通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电 等保护。串联充电时,如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保 护电压,电池管理系统会将整个串联充电电路切断,停止充电,以防 止这只单体电池被过充电,而这样会造成其他锂离子电池无法充满 电。 经过多年的发展,磷酸铁锂动力电池由于具有较高的安全性、很 好的循环性能等优势, 已经基本能满足电动车特别是纯电动轿车的要 求,工艺上也基本具备了大规模生产的条件。然而,磷酸铁锂电池的 性能与其他锂离子电池存在着一定的差异, 特别是其电压特征与锰酸 锂电池、钴酸锂电池等不同。以下是磷酸铁锂与锰酸锂两种锂离子电 池的充电曲线与锂离子脱嵌对应关系的比较: 图 1 锰酸锂电池锂离子脱嵌与充电曲线 磷酸铁锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系 从上图的曲线不难看出,磷酸铁锂电池在快充满电时,锂离子几 乎完全从正极脱嵌到负极,电池端电压会快速上升,出现充电曲线的 上翘现象,这样会导致电池很容易达到过充电保护电压。因此磷酸铁 锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为 明显。 另外,虽然有些电池管理系统带有均衡功能,但由于从成本、散 热、可靠性等多方面考虑,电池管理系统的均衡电流一般远小于串联 充电的电流,因此均衡效果不是很明显,也会出现某些单体电池充不 满电的情况,这对于需要大电流充电的锂离子电池组,例如电动汽车 用的锂离子电池组而言则更为明显。 一般电池厂家出厂时测试容量时是将单体电池先恒流充电再恒 压充电,然后恒流放电从而测出放电容量。一般放电容量约等于恒流 充电容量加上恒压充电容量。 而实际电池组串联充电过程中对单体电 池而言一般没有恒压充电过程,所以恒压充电容量就会没有,电池组 容量就会小于单体电池容量。而一般充电电流越小,恒压充电容量比 例越小,电池组损失容量越小,因此又发展出了电池管理系统和充电 机协调配合串联充电的模式。 2、电池管理系统和充电机协调配合串联充电 电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备, 所以 将电池管理系统和充电机之间建立联系, 就能使充电机实时地了解电 池的信息,从而更有效地解决电池的充电时产生一些的问题,其原理 图如下。 图 3 动力锂电池系统集成方案 图 4 锂离子蓄电池系统基础体系 图 5BMS 和充电机协调配合串联充电示意简图 电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为: 电池管理系 统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、 一致性以及温升等)进行监控,并利用这些参数对当前电池的最大允 许充电电流进行估算;充电过程中,通过通信线将电池管理系统和充 电机联系起来,实现数据的共享。电池管理系统将总电压、最高单体 电池电压、欧洲杯最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池 电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机, 充电机就能 根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流。 当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电流 容量高时,充电机按照设计的最大输出电流充电;当电池的电压、温 度超限时, 电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输 出;当充电电流大于最大允许充电电流时,充电机开始跟随最大允许 充电电流,这样就有效地防止了电池过充电,达到延长电池寿命的目 的。充电过程中一旦出现故障,电池管理系统可以将最大允许充电电 流设为 0,迫使充电机停机,避免发生事故,保障充电的安全。