高電壓鋰離子電池組的充電方法

1、高電壓鋰離子電池組的充電方法鋰離子電池因?yàn)楣ぷ鞲摺Ⅲw積小、質(zhì)量輕、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)，是一種抱負(fù)電源。在實(shí)際用法中，為了獲得更高的放電電壓，普通將起碼兩只單體鋰離子電池串聯(lián)組成鋰離子電池組用法。目前，鋰離子電池組已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、電動(dòng)自行車和備用電源等多種領(lǐng)域。因此如何在充電時(shí)將鋰離子電池組用法好顯得尤為關(guān)鍵，現(xiàn)將鋰離子電池組常用的幾種充電辦法以及本人認(rèn)為的最適合的充電辦法試述如下：1 一般的串聯(lián)充電目前鋰離子電池組的充電普通都采納串聯(lián)充電，這主要是由于串聯(lián)充電辦法結(jié)構(gòu)容易、成本低、較簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。但因?yàn)閱误w鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異

2、，在對(duì)鋰離子電池組串聯(lián)充電時(shí)，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先彌漫電，而此時(shí)，其他電池還沒(méi)有彌漫電，假如繼續(xù)串聯(lián)充電，則已彌漫電的單體鋰離子電池就可能會(huì)被過(guò)充電。而鋰離子電池過(guò)充電會(huì)嚴(yán)峻傷害電池的性能，甚至可能會(huì)導(dǎo)致爆炸造成人員損害，因此，為了防止浮現(xiàn)單體鋰離子電池過(guò)充電，鋰離子電池組用法時(shí)普通配有電池管理系統(tǒng)（battery management system，簡(jiǎn)稱bms），通過(guò)電池管理系統(tǒng)對(duì)每一只單體鋰離子電池舉行過(guò)充電等庇護(hù)。串聯(lián)充電時(shí)，假如有一只單體鋰離子電池的電壓達(dá)到過(guò)充庇護(hù)電壓，電池管理系統(tǒng)會(huì)將囫圇串聯(lián)充電切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過(guò)充電，而這樣會(huì)造成其他鋰離子

3、電池?zé)o法彌漫電。經(jīng)過(guò)多年的進(jìn)展，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池因?yàn)榫哂休^高的平安性、很好的循環(huán)性能等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)基本能滿足電動(dòng)車特殊是純電動(dòng)轎車的要求，工藝上也基本具備了大規(guī)模生產(chǎn)的條件。然而，磷酸鐵鋰電池的性能與其他鋰離子電池存在著一定的差異，特殊是其電壓特征與錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池等不同。以下是磷酸鐵鋰與錳酸鋰兩種鋰離子電池的充電曲線與鋰離子脫嵌對(duì)應(yīng)關(guān)系的比較：圖1 錳酸鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系圖2 磷酸鐵鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系從上圖的曲線不難看出，磷酸鐵鋰電池在快彌漫電時(shí)，鋰離子幾乎徹低從正極脫嵌到負(fù)極，電池端電壓會(huì)迅速升高，浮現(xiàn)充電曲線的上翹現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致電池很簡(jiǎn)單達(dá)到過(guò)充電庇

4、護(hù)電壓。因此磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象相對(duì)錳酸鋰電池組而言會(huì)更為顯然。另外，雖然有些電池管理系統(tǒng)帶有均衡功能，但因?yàn)閺某杀?、散熱、牢靠性等多方面考慮，電池管理系統(tǒng)的均衡普通遠(yuǎn)小于串聯(lián)充電的電流，因此均衡效果不是很顯然，也會(huì)浮現(xiàn)某些單體電池充不滿電的狀況，這對(duì)于需要大電流充電的鋰離子電池組，例如用的鋰離子電池組而言則更為顯然。例如，將100只放量都為100ah的鋰離子電池串聯(lián)起來(lái)組成電池組，但假如成組前其中99只單體鋰離子電池荷電80ah，另外1只單體鋰離子電池荷電100ah，將此電池組舉行串聯(lián)充電時(shí)，其中荷電100ah的那只單體鋰離子電池會(huì)先彌漫電，從而達(dá)到過(guò)充庇護(hù)電壓，為了防止這

5、只單體鋰離子電池被過(guò)充電，電池管理系統(tǒng)會(huì)將囫圇串聯(lián)充電電路切斷，也就使得其他99只電池?zé)o法彌漫電，從而囫圇電池組放電容量也就惟獨(dú)80ah。普通電池廠家出廠時(shí)測(cè)試容量時(shí)是將單體電池先恒流充電再恒壓充電，然后恒流放電從而測(cè)出放電容量。普通放電容量約等于恒流充電容量加上恒壓充電容量。而實(shí)際電池組串聯(lián)充電過(guò)程中對(duì)單體電池而言普通沒(méi)有恒壓充電過(guò)程，所以恒壓充電容量就會(huì)沒(méi)有，電池組容量就會(huì)小于單體電池容量。而普通充電電流越小，恒壓充電容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又進(jìn)展出了電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)充電的模式。2 電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)充電電池管理系統(tǒng)是對(duì)電池的性能和狀態(tài)了解最為全

6、面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)之間建立聯(lián)系，就能使充電機(jī)實(shí)時(shí)地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時(shí)產(chǎn)生一些的問(wèn)題，其原理圖如下。圖3 動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)集成計(jì)劃圖4 鋰離子蓄電池系統(tǒng)基礎(chǔ)體系圖5 bms和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)充電暗示簡(jiǎn)圖電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池的當(dāng)前狀態(tài)（如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、全都性以及溫升等）舉行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對(duì)當(dāng)前電池的最大允許充電電流舉行估算；充電過(guò)程中，通過(guò)通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。電池管理系統(tǒng)將總電壓、最高單體電池電壓、最高溫度、溫升、最大允許充電電壓、最高允許單體電池

7、電壓以及最大允許充電電流等參數(shù)實(shí)時(shí)地傳送到充電機(jī)，充電機(jī)就能按照電池管理系統(tǒng)提供的信息轉(zhuǎn)變自己的充電策略和輸出電流。當(dāng)電池管理系統(tǒng)提供的最大允許充電電流比充電機(jī)設(shè)計(jì)的電流容量高時(shí)，充電機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)的最大輸出電流充電；當(dāng)電池的電壓、溫度超限時(shí)，電池管理系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)到并準(zhǔn)時(shí)通知充電機(jī)轉(zhuǎn)變電流輸出；當(dāng)充電電流大于最大允許充電電流時(shí)，充電機(jī)開(kāi)頭尾隨最大允許充電電流，這樣就有效地防止了電池過(guò)充電，達(dá)到延伸電池壽命的目的。充電過(guò)程中一旦浮現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機(jī)停機(jī)，避開(kāi)發(fā)生事故，保障充電的平安。在該充電模式下，既完美了電池管理系統(tǒng)的管理和控制功能，又能使充電機(jī)按照電池

8、的狀態(tài)，實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)變輸出電流，達(dá)到防止電池組中全部電池發(fā)生過(guò)充電以及優(yōu)化充電的目的，電池組的實(shí)際放電容量也要大于一般的串聯(lián)充電辦法，但是這種辦法還是解決不了電池組中某些電池充不滿電的問(wèn)題，特殊是當(dāng)電池組串?dāng)?shù)多、電池全都性差、充電電流較大時(shí)。3 并聯(lián)充電為了解決電池組中某些單體電池過(guò)充和充不滿電的問(wèn)題，又進(jìn)展出了并聯(lián)充電的方法，其原理圖如下。圖6 并聯(lián)充電暗示簡(jiǎn)圖但是并聯(lián)充電辦法需要采納多個(gè)低電壓、大電流的充電電源為每一只單體電池充電，存在充電電源成本高、牢靠性低、充電效率低、銜接線徑粗等缺陷，因此目前沒(méi)有大范圍用法這種充電辦法。4 串聯(lián)大電流充電加小電流并聯(lián)充電因?yàn)樯鲜鋈N充電辦法都存在一定的問(wèn)

9、題，本人進(jìn)展出一種最適合高電壓電池組，特殊是電動(dòng)汽車電池組的充電辦法，即采納電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)大電流充電加恒壓限流的并聯(lián)小電流充電的模式，原理圖見(jiàn)下。圖7 電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)充電加并聯(lián)充電暗示簡(jiǎn)圖此充電辦法有如下特點(diǎn)：（1）因?yàn)榇讼到y(tǒng)的bms具有防止過(guò)充電的功能，從而保證電池不會(huì)浮現(xiàn)過(guò)充電的問(wèn)題。固然假如bms不能與并聯(lián)充電電源舉行通信和控制，因?yàn)椴⒙?lián)充電電源的恒壓值普通與鋰離子電池組中單體鋰離子電池彌漫電時(shí)的電壓值相同，所以也不會(huì)浮現(xiàn)過(guò)充電的問(wèn)題。（2）因?yàn)榭梢耘e行并聯(lián)充電所以不需要牢靠性低，成本相對(duì)較高的均衡電路，并且充電效果要好于只帶均衡電路的串聯(lián)充電辦法，并

10、且其維護(hù)管理也簡(jiǎn)便易行。（3）因?yàn)榇?lián)充電的最大電流遠(yuǎn)大于并聯(lián)充電的電流（普通5倍以上），從而可以保證在較短的時(shí)光充進(jìn)去較高的容量，從而發(fā)揮出串聯(lián)充電的最大效果。（4）充電時(shí)串聯(lián)充電與并聯(lián)充電的挨次以及并聯(lián)充電電源的數(shù)量可以靈便把握，可以同時(shí)舉行充電；可以串聯(lián)充電結(jié)束后再舉行并聯(lián)充電；也可以用一個(gè)并聯(lián)充電電源按照電池組中電壓的狀況給電壓最低的電池舉行輪番充電。（5）隨著技術(shù)的進(jìn)展，并聯(lián)充電電源可以為非接觸性充電電源（電源）或太陽(yáng)能電池電源，從而使并聯(lián)充電變得容易。（6）當(dāng)鋰離子電池組中單體鋰離子電池?cái)?shù)目較多時(shí)，可以將鋰離子電池組分成數(shù)個(gè)鋰離子電池組模塊，對(duì)每個(gè)鋰離子電池組模塊采納bms和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作串聯(lián)大電流充電與恒壓限流的并聯(lián)小電流充電相結(jié)合的方式舉行充電。其主要目的是削減電池組中串聯(lián)電池?cái)?shù)量較多時(shí)，單體電池之間全都性相對(duì)更差，從而導(dǎo)致bms和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作的充電辦法的充電效果差的缺點(diǎn)，以便發(fā)揮出bms和充電機(jī)協(xié)調(diào)協(xié)作充電模式的最大效果。這種辦法特殊適合高電壓電池組是由可迅速更換的低電壓（例如48v）電池模塊系統(tǒng)組成的電池系統(tǒng)，這樣就可以在電池更換站或充電站舉行并聯(lián)充電或修復(fù)（普通的用戶平常充電時(shí)可以不用并聯(lián)充電），并由專人按