以上兩種方法都比較簡單, 也都有很多不足之處. 恒壓充電初期電流過大而恒流充電后期電流過大, 因此, 可采用先恒流后恒壓的充電方法以克服這兩種方式在這兩個階段的弊端。
1.3 恒流/恒壓充電法
這種充電方法將充電過程分為三個階段. 如圖1 所示。
(1) 預充階段. 接通直流電源后, 當檢測到電池時, 充電芯片啟動, 進入預充過程, 在此期間充電控制器以較小的電流給電池充電, 使電池電壓、溫度恢復到正常狀態。
(2) 恒流充電階段. 在充電初期, 充電電路以恒定的電流對鋰離子電池充電, 一般鋰電池大多選用標準充電速率. 恒流充電時, 電池電壓將緩慢上升, 一旦電池電壓達到所設定的終止電壓, 恒流充電終止, 進入恒壓充電過程。
(3) 恒壓充電階段. 在恒壓充電過程中, 充電電流逐漸衰減, 當監測到充電電流降到設置值以下, 或滿充時間超時轉入頂端截止充電, 此時充電控制器以極小的充電電流為電池補充能量, 一般情況下, 該過程可以延長電池5% ~ 10% 的使用時間。
這種充電方法中, 為避免電流過大, 電池溫度過高, 在恒流階段, 通常采用較小的充電電流進行充電, 充電效率仍然不高. 為提高充電效率, 可采用變流充電法。
1. 4 變流充電法
鋰離子電池可接受的充電電流隨充電時間呈指數規律下降, 若充電電流曲線在電池可接受充電電流曲線(圖2中曲線1) 以上會導致電池電解液發生析氣反應, 影響電池壽命。
理想化的充電過程是充電電流始終逼近可接受的充電電流值. 如圖2 中曲線2 為變流充電電流曲線. 圖2 中可以看出, 在充電初期, 充電電流較大, 效率較高, 克服了恒流/ 恒壓充電階段初期充電電流設置較小的缺點, 隨著充電繼續, 充電電流逐步減小, 因此, 可以將其原有的恒流充電階段用分段恒流充電的過程來代替, 達到提高充電效率。
在變流充電階段, 通過對電池狀態進行檢測,確定起始的電流進行恒流充電, 同時對電池狀態進行檢測, 當電池狀態達到該恒流充電分段終止標準時, 結束該分段, 調整電流值, 進入下一分段,直至電池狀態達到設定的標準時, 終止變流充電,進入恒壓充電, 以確保電池完全充滿。
變流充電法的主要困難在于確定各階段恒流充電電流值, 選取適當的參數作為階段恒流充電終止的判斷依據。
在變流充電法中, 通過提高初始階段的充電電流來實現快速充電的目的. 但實際上, 充電電流過大會造成電池產生極化現象而縮短壽命. 為了在保證效率的前提下盡可能的減小極化反應, 研究人員通過對不同充電波形使電池產生的極化情況進行比較, 提出了間歇充電和脈沖充電的方法。
1. 5 間歇充電法
間歇充電法是指在充電一段時間后增加一段間歇時間, 減少極化現象. 在間歇階段, 電解液析氣反應產生的氫氣和氧氣有時間得以重新化合,可以有效的減緩電池內電壓升高, 消除歐姆極化,減小內阻, 使電池在接下來的充電過程中能夠接受更多的電量。
1. 6 脈沖充電法
在脈沖充電過程中, 在充電電流大小逼近電池充電可接受電流的基礎上, 用脈沖電流對電池充電, 充電電流時有時無, 充電狀態和暫停狀態相互交替. 脈沖充電方式有正脈沖充電和正負脈沖充電兩種方式, 在正脈沖充電方式中, 正脈沖空閑時間內, 電解液中的離子自由擴散, 減小了極化的加劇; 在正負脈沖充電方式中, 正脈沖空閑時間內加上了負脈沖, 電解液中的離子受反向作用力向相反方向運動, 有效的抑制了極化現象。
2 本文采用的充電方式
對以上各種傳統充電方法的特點相比較可以看出, 每一種方法都各有優缺點. 電動汽車電池組對充電過程要求很高, 既要要求安全充電, 盡可能延長電池使用壽命, 又必須滿足快速充電的特點,快速、高效、安全、長使用壽命這幾項指標都必須達到, 綜合每一種充電方法的優點, 本文在傳統充電方式上做了變形和改進, 提出了限壓變流脈沖充電方法。
限壓變流脈沖充電方法的特點是, 將恒流/恒壓充電方式的恒流充電階段改為變流脈沖充電,這一階段電流的大小符合變流充電的特點, 初期電流較大, 盡量逼近充電可接受電流, 以保證電池獲得足夠電流, 同時,采用脈沖式充電電流, 有效抑制極化效應, 減緩電池內壓升高, 減小內阻. 后期采用恒壓充電方式, 以獲得過充電量。
3 研究電池組均衡充電的意義
電動汽車用鋰離子電池組通過多節鋰離子電池串聯以獲得高輸出電壓. 由于各單體電池在生產制造和使用過程中電池特性必然存在差異, 造成這種差異的原因有: 在生產過程中, 由于加工工藝等原因, 同批次電池的容量和內阻都可能存在差異; 使用過程中由于溫度等差異造成電池使用不平衡; 不同電池之間的放電情況存在差異, 長時間累積, 造成電池狀態的不平衡. 長期使用必將導致各電池的容量、內阻、端電壓等參數不均衡, 從而影響整個電池組的實際容量, 縮短壽命, 造成浪費, 增大成本。
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