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万博国际官网基于高电压锂离子电池组的充电方

  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(Battery ManagementSystem, 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。

  例如,将100只放电容量都为100Ah的锂离子电池串联起来组成电池组,但如果成组前其中99只单体锂离子电池荷电80Ah,另外1只单体锂离子电池荷电100Ah,万博国际官网。将此电池组进行串联充电时,其中荷电100Ah的那只单体锂离子电池会先充满电,从而达到过充保护电压,为了防止这只单体锂离子电池被过充电,电池管理系统会将整个串联充电电路切断,也就使得其他99只电池无法充满电,从而整个电池组放电容量也就只有80Ah.

  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,万博国际官网,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。 电池管理系统和充电机协调配合串联充电#e#

  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、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。

  在该充电模式下,既完善了电池管理系统的管理和控制功能,又能使充电机根据电池的状态,实时地改变输出电流,达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的,电池组的实际放电容量也要大于普通的串联充电方法,但是这种方法还是解决不了电池组中某些电池充不满电的问题,特别是当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时。 并联充电

  由于上述三种充电方法都存在一定的问题,本人发展出一种最适合高电压电池组,特别是电动汽车电池组的充电方法,即采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的模式,原理图见下。

  其主要目的是减少电池组中串联电池数量较多时,单体电池之间一致性相对更差,从而导致BMS和充电机协调配合的充电方法的充电效果差的缺点,以便发挥出BMS和充电机协调配合充电模式的最大效果。

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