高電壓鋰離子電池組的充電方法

摘要：本文介紹了高電壓鋰離子電池組的四種充電方法，并進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的比較。

　　關(guān)鍵詞：高電壓；鋰離子電池組；串聯(lián)充電；并聯(lián)充電

　　Abstract: Four charge techniques of high voltage lithium ion battery packs were introduced in this paper, and their advantages and drawbacks were compared.

　　Key words: high voltage; lithium ion battery pack; series charging; parallel charging

　　鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無(wú)記憶效應、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(cháng)，是一種理想電源。在實(shí)際使用中，為了獲得更高的放電電壓，一般將至少兩只單體鋰離子電池串聯(lián)組成鋰離子電池組使用。目前，鋰離子電池組已經(jīng)廣泛應用于筆記本電腦、電動(dòng)自行車(chē)和備用電源等多種領(lǐng)域。

　　因此如何在充電時(shí)將鋰離子電池組使用好顯得尤為關(guān)鍵，現將鋰離子電池組常用的幾種充電方法以及本人認為的最適合的充電方法試述如下：

　　1 普通的串聯(lián)充電

　　目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯(lián)充電，這主要是因為串聯(lián)充電方法結構簡(jiǎn)單、成本低、較容易實(shí)現。但由于單體鋰離子電池之間在容量、內阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(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充滿(mǎn)電，而此時(shí)，其他電池還沒(méi)有充滿(mǎn)電，如果繼續串聯(lián)充電，則已充滿(mǎn)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 )嚴重損害電池的性能，甚至可能會(huì )導致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現單體鋰離子電池過(guò)充電，鋰離子電池組使用時(shí)一般配有電池管理系統（Battery Management System，簡(jiǎn)稱(chēng)BMS），通過(guò)電池管理系統對每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過(guò)充電等保護。串聯(lián)充電時(shí)，如果有一只單體鋰離子電池的電壓達到過(guò)充保護電壓，電池管理系統會(huì )將整個(gè)串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過(guò)充電，而這樣會(huì )造成其他鋰離子電池無(wú)法充滿(mǎn)電。

　　經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池由于具有較高的安全性、很好的循環(huán)性能等優(yōu)勢，已經(jīng)基本能滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)特別是純電動(dòng)轎車(chē)的要求，工藝上也基本具備了大規模生產(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(zhù)一定的差異，特別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(xiàn)與鋰離子脫嵌對應關(guān)系的比較：

圖1 錳酸鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線(xiàn)對應關(guān)系

圖2 磷酸鐵鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線(xiàn)對應關(guān)系

　　從上圖的曲線(xiàn)不難看出，磷酸鐵鋰電池在快充滿(mǎn)電時(shí)，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負極，電池端電壓會(huì )快速上升，出現充電曲線(xiàn)的上翹現象，這樣會(huì )導致電池很容易達到過(guò)充電保護電壓。因此磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿(mǎn)電的現象相對錳酸鋰電池組而言會(huì )更為明顯。

　　另外，雖然有些電池管理系統帶有均衡功能，但由于從成本、散熱、可靠性等多方面考慮，電池管理系統的均衡電流一般遠小于串聯(lián)充電的電流，因此均衡效果不是很明顯，也會(huì )出現某些單體電池充不滿(mǎn)電的情況，這對于需要大電流充電的鋰離子電池組，例如電動(dòng)汽車(chē)用的鋰離子電池組而言則更為明顯。

　　例如，將100只放電容量都為100Ah的鋰離子電池串聯(lián)起來(lái)組成電池組，但如果成組前其中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，將此電池組進(jìn)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 )先充滿(mǎn)電，從而達到過(guò)充保護電壓，為了防止這只單體鋰離子電池被過(guò)充電，電池管理系統會(huì )將整個(gè)串聯(lián)充電電路切斷，也就使得其他99只電池無(wú)法充滿(mǎn)電，從而整個(gè)電池組放電容量也就只有80Ah。

　　一般電池廠(chǎng)家出廠(chǎng)時(shí)測試容量時(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出放電容量。一般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)程中對單體電池而言一般沒(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。而一般充電電流越小，恒壓充電容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又發(fā)展出了電池管理系統和充電機協(xié)調配合串聯(lián)充電的模式。