跟着全球气候恶化, 全人类在评论怎么应对气候变化, 节能减排、寻觅新能源是削减环境损坏的重要途径. 现在全球轿车保有量已达10 亿, 轿车尾气是加重环境恶化的重要因素, 为此, 许多企业组织正在研制无污染的电动轿车, 而电动轿车动力电池是其中最中心的部分, 是要点研讨的方向。
现在, 大多数电动轿车企业和研讨组织均选用锂离子电池组作为其动力电池. 锂离子电池有许多长处, 与传统的镍镉、镍氢电池比较, 锂离子电池体积小、分量轻、作业电压高、容量大, 锂离子电池的能量密度很高, 它的容量是同分量的镍氢电池的1. 5~ 2 倍, 并且具有很低的自放电率, 别的, 锂离子电池几乎没有“回忆效应”, 不含铅、镉等有毒物质, 因而成为电动车用电池的首选。
大功率的电动轿车所运用的锂离子电池组是由多节单体锂离子电池串联, 以取得较高的输出电压, 可是, 锂离子电池组和单体锂离子电池这二者在运用上是有很大差异的. 在电池组中, 各单体锂离子电池在出产制作中必定存在个体差异, 在运用中老化程度也不一样, 若不在充电进程中采纳办法, 这种差异将被累积乃至扩展, 导致整个电池组的功能大打折扣或电池组寿数严峻缩短. 别的, 因为电池组容量较大, 选用传统的充电办法功率低, 充电时刻长, 严峻阻止了电动轿车的推行。
因而, 快速有用安全可靠的充电体系是现在电动轿车行业要点研制的技能。
1 传统锂离子电池充电办法研讨 不同的充电办法是影响单体锂离子电池功能和运用寿数的重要因素. 适宜的充电办法不只可以最大极限的发挥电池的容量, 并且可以延伸电池的运用寿数. 这种影响首要体现在三个方面:
(1) 电压的影响. 一方面, 在充电进程中要严厉操控电池电压不能超越充电约束电压, 超越充电约束电压称为过充, 细微过充屡次会导致电池容量减小, 电池发生变形, 过充严峻时会直接导致电池发生爆破. 另一方面, 在充电完毕后, 应使电池电压尽量挨近满充电压, 否则会导致电池容量大大下降。
(2) 电流的影响. 锂离子电池可承受的充电电流是有限的, 若充电电流高于这个上限值, 会形成电池中电解液发生析气反响, 许多发热, 使电池温度急剧上升。
(3) 温度的影响. 锂离子电池温度过高, 会导致电池内部发生一系列反响, 电池或许爆破, 因而在充电进程中, 要及时监测电池温度状况并对其加以操控。
挑选适宜的充电办法可以进步充电功率, 延伸运用寿数. 锂离子电池的充电办法有许多种, 常用的充电办法有稳定电流充电法、稳定电压充电法、恒流/ 恒压充电法、变流充电法、脉冲充电法、间歇充电法等。
1.1 稳定电压充电法 稳定电压充电法是指在充电进程中以稳定电压对电池进行充电. 在这个进程中, 充电电流满意公式: I =(U – E)/R(式中: I 为充电电流, U 为充电电压, E 为电池电压, R 为充电回路电阻)。
在充电初期, 因为电池电势较低, 因而充电电流较大, 跟着充电进程的进行, 电池电势逐渐升高, 充电电流逐渐减小. 恒压操控体系结构简略,并且充电电流比较挨近可承受充电电流, 具有必定的自适应性, 但在充电初期电流比较大, 有或许形成电池温度上升过快, 对电池带来晦气影响。
1.2 稳定电流充电法 稳定电流充电法是指在充电进程中全程以稳定不变电流进行充电. 锂离子电池的充电可承受电流跟着充电时刻呈指数规则下降, 而充电电流坚持不变, 若充电电流较大, 在恒流充电后期或许呈现充电电流超越可承受电流而导致电池电解液发生析气反响, 但若充电电流太小, 就会延伸充电时刻, 下降充电功率。
以上两种办法都比较简略, 也都有许多不足之处. 恒压充电初期电流过大而恒流充电后期电流过大, 因而, 可选用先恒流后恒压的充电办法以战胜这两种办法在这两个阶段的坏处。
1.3 恒流/恒压充电法 这种充电办法将充电进程分为三个阶段. 如图1 所示。
(1) 预充阶段. 接通直流电源后, 当检测到电池时, 充电芯片发动, 进入预充进程, 在此期间充电操控器以较小的电流给电池充电, 使电池电压、温度康复到正常状况。
(2) 恒流充电阶段. 在充电初期, 充电电路以稳定的电流对锂离子电池充电, 一般锂电池大多选用规范充电速率. 恒流充电时, 电池电压将缓慢上升, 一旦电池电压到达所设定的停止电压, 恒流充电停止, 进入恒压充电进程。
(3) 恒压充电阶段. 在恒压充电进程中, 充电电流逐渐衰减, 当监测到充电电流降到设置值以下, 或满充时刻超时转入顶端截止充电, 此刻充电操控器以极小的充电电流为电池弥补能量, 一般状况下, 该进程可以延伸电池5% ~ 10% 的运用时刻。
这种充电办法中, 为防止电流过大, 电池温度过高, 在恒流阶段, 一般选用较小的充电电流进行充电, 充电功率依然不高. 为进步充电功率, 可选用变流充电法。
1. 4 变流充电法 锂离子电池可承受的充电电流随充电时刻呈指数规则下降, 若充电电流曲线在电池可承受充电电流曲线(图2中曲线1) 以上会导致电池电解液发生析气反响, 影响电池寿数。
理想化的充电进程是充电电流一直迫临可承受的充电电流值. 如图2 中曲线2 为变流充电电流曲线. 图2 中可以看出, 在充电初期, 充电电流较大, 功率较高, 战胜了恒流/ 恒压充电阶段初期充电电流设置较小的缺陷, 跟着充电持续, 充电电流逐渐减小, 因而, 可以将其原有的恒流充电阶段用分段恒流充电的进程来替代, 到达进步充电功率。
在变流充电阶段, 经过对电池状况进行检测,确认开始的电流进行恒流充电, 一起对电池状况进行检测, 当电池状况到达该恒流充电分段停止规范时, 完毕该分段, 调整电流值, 进入下一分段,直至电池状况到达设定的规范时, 停止变流充电,进入恒压充电, 以确保电池彻底充溢。
变流充电法的首要困难在于确认各阶段恒流充电电流值, 选取恰当的参数作为阶段恒流充电停止的判别根据。
在变流充电法中, 经过进步初始阶段的充电电流来完成快速充电的意图. 但实际上, 充电电流过大会形成电池发生极化现象而缩短寿数. 为了在确保功率的前提下尽或许的减小极化反响, 研讨人员经过对不同充电波形使电池发生的极化状况进行比较, 提出了间歇充电和脉冲充电的办法。
1. 5 间歇充电法 间歇充电法是指在充电一段时刻后添加一段间歇时刻, 削减极化现象. 在间歇阶段, 电解液析气反响发生的氢气和氧气有时刻得以从头化合,可以有用的减缓电池内电压升高, 消除欧姆极化,减小内阻, 使电池在接下来的充电进程中可以承受更多的电量。
1. 6 脉冲充电法 在脉冲充电进程中, 在充电电流巨细迫临电池充电可承受电流的基础上, 用脉冲电流对电池充电, 充电电流时有时无, 充电状况和暂停状况彼此替换. 脉冲充电办法有正脉冲充电和正负脉冲充电两种办法, 在正脉冲充电办法中, 正脉冲闲暇时刻内, 电解液中的离子自在分散, 减小了极化的加重; 在正负脉冲充电办法中, 正脉冲闲暇时刻内加上了负脉冲, 电解液中的离子受反向作用力向相反方向运动, 有用的按捺了极化现象。
