徐華中++杜虎
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究,從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹,并對它們的優缺點進行比較,為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池;常規充電方法;快速充電方法;優缺點
中圖分類號:TM912 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點,是目前電動汽車所用電池的首選,使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高,要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池,該電池終止充電電壓為4.2 V,允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期,美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究,得出電池可接受的充電電流[6]:
(1)
式(1)中:充電過程某一時刻的充電可接受電流;
充電開始(t=0)時鋰離子電池可接受的最大充電電流;
充電時可接受的電流衰減常數,與電池狀態及結構有關。
由上式可知,在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線,只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流,該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出,利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象,提高充電效率,這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法(即常規充電方法)和快速充電方法,下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15(C為單體電池的容量)的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電,此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電,充電電流不斷減小,當電流降低到C/10或C/15時,終止充電[4],如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論,下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時,進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電,依此可以減輕極化現象,如圖2所示。隨著電池逐漸充滿,停充時間越來越長,充電時間越來越短,占空比也越來越小,當占空比小于5%到10%時,停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的,區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電,如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流,電壓逐漸上升,當電壓達到截止電壓時停止充電;保持一會停充后,減小電流繼續充電,當電壓再次達到截止電壓時停止充電,如此往復3~4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流;最后用給定的截止電流充電至截止電壓,充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較,具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快,硬件結構簡單 不易控制,產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱,充電速度快,充電量足,電池壽命好 極板活性物質易脫落,能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣,能量效率高,充電速度較快 控制硬件復雜,造價高,常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理,我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上,結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法,并對這些方法的優缺點進行比較,為充電的實際應用提供參考價值,為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮,陳琛,王菁,等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報,2008(4).
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技,2011(11).
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工,2011,38(9):76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海:上海交通大學,2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京:北京交通大學,2007(12).
[6]王堅,秦大為,季寶華,等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業,2002(06).endprint
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究,從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹,并對它們的優缺點進行比較,為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池;常規充電方法;快速充電方法;優缺點
中圖分類號:TM912 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點,是目前電動汽車所用電池的首選,使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高,要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池,該電池終止充電電壓為4.2 V,允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期,美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究,得出電池可接受的充電電流[6]:
(1)
式(1)中:充電過程某一時刻的充電可接受電流;
充電開始(t=0)時鋰離子電池可接受的最大充電電流;
充電時可接受的電流衰減常數,與電池狀態及結構有關。
由上式可知,在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線,只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流,該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出,利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象,提高充電效率,這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法(即常規充電方法)和快速充電方法,下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15(C為單體電池的容量)的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電,此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電,充電電流不斷減小,當電流降低到C/10或C/15時,終止充電[4],如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論,下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時,進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電,依此可以減輕極化現象,如圖2所示。隨著電池逐漸充滿,停充時間越來越長,充電時間越來越短,占空比也越來越小,當占空比小于5%到10%時,停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的,區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電,如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流,電壓逐漸上升,當電壓達到截止電壓時停止充電;保持一會停充后,減小電流繼續充電,當電壓再次達到截止電壓時停止充電,如此往復3~4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流;最后用給定的截止電流充電至截止電壓,充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較,具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快,硬件結構簡單 不易控制,產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱,充電速度快,充電量足,電池壽命好 極板活性物質易脫落,能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣,能量效率高,充電速度較快 控制硬件復雜,造價高,常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理,我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上,結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法,并對這些方法的優缺點進行比較,為充電的實際應用提供參考價值,為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮,陳琛,王菁,等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報,2008(4).
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技,2011(11).
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工,2011,38(9):76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海:上海交通大學,2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京:北京交通大學,2007(12).
[6]王堅,秦大為,季寶華,等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業,2002(06).endprint
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究,從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹,并對它們的優缺點進行比較,為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池;常規充電方法;快速充電方法;優缺點
中圖分類號:TM912 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點,是目前電動汽車所用電池的首選,使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高,要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池,該電池終止充電電壓為4.2 V,允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期,美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究,得出電池可接受的充電電流[6]:
(1)
式(1)中:充電過程某一時刻的充電可接受電流;
充電開始(t=0)時鋰離子電池可接受的最大充電電流;
充電時可接受的電流衰減常數,與電池狀態及結構有關。
由上式可知,在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線,只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流,該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出,利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象,提高充電效率,這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法(即常規充電方法)和快速充電方法,下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15(C為單體電池的容量)的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電,此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電,充電電流不斷減小,當電流降低到C/10或C/15時,終止充電[4],如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論,下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時,進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電,依此可以減輕極化現象,如圖2所示。隨著電池逐漸充滿,停充時間越來越長,充電時間越來越短,占空比也越來越小,當占空比小于5%到10%時,停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的,區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電,如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流,電壓逐漸上升,當電壓達到截止電壓時停止充電;保持一會停充后,減小電流繼續充電,當電壓再次達到截止電壓時停止充電,如此往復3~4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流;最后用給定的截止電流充電至截止電壓,充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較,具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快,硬件結構簡單 不易控制,產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱,充電速度快,充電量足,電池壽命好 極板活性物質易脫落,能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣,能量效率高,充電速度較快 控制硬件復雜,造價高,常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理,我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上,結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法,并對這些方法的優缺點進行比較,為充電的實際應用提供參考價值,為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮,陳琛,王菁,等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報,2008(4).
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技,2011(11).
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工,2011,38(9):76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海:上海交通大學,2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京:北京交通大學,2007(12).
[6]王堅,秦大為,季寶華,等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業,2002(06).endprint