電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池充電及其管理的研究_王堅(jiān)

1、蓄 電 池Chine se LABAT Ma n2011No .5Vo l.481引言自 1859年法國人 Pl ánte 第一次發(fā)明了實(shí)用 的二次化學(xué)電源 鉛酸蓄電池以來,已經(jīng)有 150多年了 。 隨著科技的發(fā)展,蓄電池不斷地更新?lián)Q代, 除鉛酸蓄電池以外,先后又研制出了鎳氫蓄電池 、 鋰及鋰離子電池等,而且其工藝和結(jié)構(gòu)在不斷改 善,性能也在不斷地提高 。 近幾年來隨著新能源電 動(dòng)汽車的興起,蓄電池作為動(dòng)力源應(yīng)用的研究又引 起了人們極大的關(guān)注 。 但研究人員一直致力于蓄電 池自身結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化,忽略了蓄電池充電及管電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池充電及其管理的研究王 堅(jiān) 1,呂榮冠 2,焦昌梅

2、2(1. 清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084; 2鹽城師院電源技術(shù)研究中心,江蘇 鹽城 224002摘要:總結(jié)了電動(dòng)汽車用動(dòng)力鉛酸蓄電池 、 鎳氫蓄電池 、 鋰及鋰離子蓄電池充電與管理方面的 一些研究結(jié)果和成果,概括地分析了動(dòng)力蓄電池與充電及電池管理方面的相互依存關(guān)系,尤其 總結(jié)了在電動(dòng)汽車動(dòng)力鉛酸蓄電池與充電及管理之間聯(lián)系的研究,研究結(jié)果表明蓄電池的性能 與蓄電池的充電及管理方式有著緊密的聯(lián)系 。 在慢脈沖快速充電及電池適度管理的條件下,鉛 酸蓄電池能夠大電流快速充電,而且發(fā)熱量少 、 溫升低 、 出氣量少 、 循環(huán)壽命長 、 均衡性好 。 關(guān)鍵詞:蓄電池;充電;管理

3、中圖分類號(hào):TM912.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-0847(201105-230-07Study on storage battery charging and managementWANG Jian 1, LV Rong -guan 2, J IAO Chang-m ei 2(1.State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Beijing 100084; 2. Research Center ofPower Technique, Yancheng Teachers College, Yancheng Jiangsu 2

4、24002, China Abstract :This pa per summariz es the res earch res ults and achieve m ents a bout the le ad-a cid batte ry, nicke l hydro g en ba ttery, lithium and lithium -io n battery in charging and battery m anag em ent, a nalys es ge ne rally the de pe ndence relation of the ba tte ry cha rging

5、a nd battery m anage ment, especia lly sum s up the relations a mo ng the lead acid battery and ba tte ry charg ing a nd m a na gem ent. The re sult of res ea rch s ho ws tha t the pe rfo rma nce of batteries and the ir quality link to the battery charging a nd m a nag eme nt clos e ly. Unde r the c

6、ondition of s low pulse fast cha rge and ba ttery a ppro priate m anagem e nt, the lea d a cid ba ttery ca n be fa st cha rg e d at high rate, and it can m ake lea d a cid batte ry he at capacity few, the tem perature ris e lo w, the g as sing fe w, the same lead acid battery ha s longe r cycling li

7、fe-s pa n and good bala nce d chara cte ristics. Key words:ba tte ry; charge; battery mana gem ent 收修改稿日期:2010-05-13www.ba tte rychn.co m2011No .5Vo l.48理這一直接影響蓄電池性能的重要因素,尤其是充 電方式這一關(guān)鍵環(huán)節(jié) 1。 大量事實(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分 表明:蓄電池應(yīng)當(dāng)在合適的充電方式及管理模式下 使用,否則蓄電池的性能不但得不到很好的發(fā)揮, 還會(huì)限制其發(fā)展和應(yīng)用 。 所以,在研究蓄電池本身 性能的同時(shí),應(yīng)當(dāng)結(jié)合蓄電池充電及管理一起研 究,這將有助

8、于進(jìn)一步提高蓄電池的使用性能,更 加安全 、 可靠 、 持久地用好蓄電池 。 2鉛酸蓄電池充電及管理2.1鉛酸蓄電池的充電及管理的一般方法理想的充電方法是充電時(shí)能感應(yīng)蓄電池的接受 能力以便提供最大充電電流,實(shí)現(xiàn)高效 、 快速 、 無 損的充電 。 為達(dá)到這一目標(biāo),人們對(duì)蓄電池充 /放 電 的研 究 已經(jīng) 歷 了 一 個(gè) 漫 長 的 過 程 :1887年 , Peukert 從兩種速率的放電狀態(tài)中第一次預(yù)測(cè)到各 種速率放電時(shí)的放電容量不同,但他對(duì)充電領(lǐng)域的 研究分析較少 。 1935年, Woodbrode 發(fā)現(xiàn)了充電受 溫度的影響很大,并注意到蓄電池充電時(shí)所要求的 指數(shù)特性 。 1967年,美

9、國 J .A.Mas s 在研究鉛酸蓄 電池能夠接受的最大充電電流時(shí),找出了鉛酸蓄電 池快速充電過程中析氣的原因和規(guī)律,并在實(shí)踐的 基礎(chǔ)上提出了鉛酸蓄電池快速充電的一些基本規(guī) 律:即在充電過程中,用某一速率電流進(jìn)行充電, 鉛酸蓄電池的電壓只能充到某個(gè)極限值,當(dāng)達(dá)到這 一極限后,繼續(xù)充電只能導(dǎo)致電解水反應(yīng)而產(chǎn)生氣 體和溫升,不能提高鉛酸蓄電池的充電速度 2。 依 據(jù) J .A.Ma ss 充電規(guī)律,鉛酸蓄電池的充電基本上 都是采用:恒流限壓慢充 、 恒壓限流慢充 、 恒流恒 壓涓流三段式慢充以及快脈沖反向放電快速充電等 方法充電,其中快速充電不成熟,易造成蓄電池發(fā) 熱失水損壞 。研究人員發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)

10、這些弊端的主要原因是蓄電 池在充電過程中存在著極化問題 。 其對(duì)充電產(chǎn)生以 下幾個(gè)方面的負(fù)面影響:(1產(chǎn)生的過電壓會(huì)阻礙充電電流增加,減緩 蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度 。(2使化學(xué)反應(yīng)過程中的電解水反應(yīng)加劇,產(chǎn) 生大量氣體 。 產(chǎn)生的氣體延緩了蓄電池的充電過 程,對(duì)極板有嚴(yán)重的腐蝕作用 。(3蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)水化合反應(yīng)將產(chǎn)生大量 的熱量,當(dāng)蓄電池的溫度升高到一定的程度時(shí),會(huì) 引起極板受熱變形,以致?lián)p壞 。(4電解水反應(yīng)不僅消耗大量的電能,浪費(fèi)了 能量,降低了充電過程的電能效率,而且會(huì)造成蓄 電池大量失水干涸,蓄電池組失去均衡性,蓄電池 組容量下降 。 此外,充電電流愈大,則極化現(xiàn)象愈 嚴(yán)重 。 如果

11、不設(shè)法消除或緩和極化現(xiàn)象,就難以實(shí) 現(xiàn)高效 、 快速無損的充電 。 這也是鉛酸蓄電池長期 以來都是以小電流 (0.2C 2以下充電電流 慢速充 電為主的原因,一般認(rèn)為小電流慢速充電是一種安 全 、 可靠的充電方法 ?；谏鲜鲆话愕某潆姺椒?蓄電池的能量管理 及測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)的主要功能就是:(1通過有效的 能量控制手段,實(shí)時(shí)控制動(dòng)力蓄電池充電與放電過 程:當(dāng)充電時(shí) (尤其在快速充電時(shí) ,保證動(dòng)力蓄 電池快速充電效率高,避免欠充電 、 過充電 、 熱失 控及電池組的失衡等;當(dāng)放電時(shí),能避免動(dòng)力蓄電 池組過放電 、 電池組失衡等 。 確保動(dòng)力蓄電池有較 長的使用壽命 。 (2通過有效的 S OC 測(cè)試

12、與計(jì)算手 段,能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)動(dòng)力蓄電池組的剩余容量, 控制充電 、 放電的能量平衡,同時(shí)指示電動(dòng)汽車可 連續(xù)行駛的里程 。2.2慢脈沖快速充電方法及管理文獻(xiàn) 2-3中指出,蓄電池在充電時(shí)存在著 3種 極化,即:歐姆極化 、 電化學(xué)極化和濃差極化 。 要 消除前兩種極化只需把電池的電流下降到足夠小或 停止即可 。 而消除濃差極化一般要通過高速旋轉(zhuǎn)電 極 、 強(qiáng)制性使電解液對(duì)流或以較小電流保持一定電 場(chǎng)強(qiáng)度條件,在足夠長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行離子擴(kuò)散這 3個(gè)途徑 。 但對(duì)特定的蓄電池,不具備使用前兩種途 徑來消除濃差極化的條件,唯一切實(shí)可行的辦法就 是在一定長的時(shí)間 (秒級(jí)以上 內(nèi),以較小的電流 維持一定

13、的電場(chǎng)以消除極化 2?；谝陨戏治?再根據(jù)蓄電池多孔性電極理論 模型,運(yùn)用電化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理,經(jīng)過大量的試驗(yàn)研 究,設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的充電方式,即一種雙穩(wěn)態(tài)非 線性反饋機(jī)制的慢脈沖快速充電方法 4,其總體設(shè) 計(jì)如圖 1所示 。 整個(gè)充電過程分為 A 、 B 兩段,在 A 段以恒流慢脈沖充電,在 B 段以恒壓慢脈沖充 電 。 這種充電方法與現(xiàn)有技術(shù)放電去極化的方法有蓄電池充電231蓄 電 池Chine se LABAT Ma n2011No .5Vo l.48著根本的區(qū)別 。 利用維持一段時(shí)間較小電流充電能 及時(shí)消除或降低充電過程中的各種極化,會(huì)使蓄電 池溫升低 、 析氣量少 、 充電快速且效率高

14、、 充電量 足 、 蓄電池壽命不受損害,避免了其他充電方法所 引起的各種局限性,是一種較理想的充電方法 5。采用慢脈沖快速充電方法對(duì)蓄電池進(jìn)行適度管 理的基本思路:慢脈沖快速充電方法可以有效地控 制鉛酸蓄電池在大電流快速充電過程中產(chǎn)生的極 化,尤其是濃差極化,確?？焖俪潆娺^程中鉛酸蓄 電池的溫升低 、 析氣量低,避免了 “ 熱失控 ” 及過 充電現(xiàn)象的發(fā)生 。 因此,蓄電池的管理可以避開利 用 S OC 估算控制蓄電池的充 /放電技術(shù)路線, S OC 的估算僅作為電動(dòng)汽車?yán)m(xù)行里程的指示 。 慢脈沖快 速充電方法對(duì)電池適度管理的功能主要有:(1依據(jù)慢脈沖快速充電方法本身自動(dòng)識(shí)別和 調(diào)節(jié)充電的功能

15、,由充電方法直接控制充電時(shí)的電 流 、 電壓以及充電終止,對(duì)同一類蓄電池,如 VRLA 蓄 電 池 , 只 設(shè) 定 一 套 充 電 參 數(shù) , 不 涉 及 溫度 。(2控制單只蓄電池最低放電電壓和最大放電 電流,同時(shí)根據(jù)蓄電池充 /放電性能隨溫度變化的 特點(diǎn),設(shè)計(jì)一個(gè)蓄電池組溫度自動(dòng)補(bǔ)償控制子系 統(tǒng),確保蓄電池充 /放電在 1540 的環(huán)境下工 作的蓄電池管理模式 。慢脈沖快速充電及蓄電池管理最大的優(yōu)勢(shì)就是 簡化了 S OC 的估算 、 降低了蓄電池管理系統(tǒng)的復(fù) 雜性和大幅降低了成本,效果十分顯著 。 針對(duì) VRLA 蓄電池,在性能上取得了以下幾方面的改 善:(1鉛酸蓄電池能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電并且

16、壽命較 長 6-8; (2大電流快速充電時(shí),鉛酸蓄電池發(fā)熱量 低 、 出氣量少 9; (3蓄電池組的均衡性對(duì)蓄電池 的壽命幾乎沒有影響 10。3鎳氫電池的充電及管理 11-16鎳氫電池因具有比能量高 、 功率大 、 高倍率放 電 、 快速充電能力和無明顯記憶效應(yīng)等特點(diǎn),成為 動(dòng)力汽車使用的又一重要能源 。 鎳氫電池在充電初 期,負(fù)極析氫儲(chǔ)存在合金中,電解液不發(fā)生變化, 但隨著充電的進(jìn)行,正極將電解液 OH -中的氧析 出,析出的氧氣會(huì)擴(kuò)散到負(fù)極發(fā)生復(fù)合反應(yīng) 。 如果 持續(xù)過充,當(dāng)氧氣不能及時(shí)復(fù)合或析氫速度明顯高 于析氧速度時(shí),蓄電池內(nèi)壓會(huì)急劇上升,蓄電池極 化 、 電阻增加而引起溫升 。 并且

17、負(fù)極在吸收氫的過 程中逐漸產(chǎn)生的氧化與粉化會(huì)導(dǎo)致吸氫性能衰退, 影響蓄電池的壽命,因此在充電中應(yīng)當(dāng)盡量避免過 充電 11。 鎳氫電池的充電電壓曲線特點(diǎn)是在充電過 程中端電壓先是上升幅度較大,之后呈緩慢上升趨 勢(shì),最后電壓又開始快速下降,存在端電壓最大值 。 圖 2中曲線 1為正常溫度下 3C 電流充電的電 壓曲線,圖 2中曲線 2為高溫下 (45 1C 電流 充電的電壓曲線 。 由圖中可以看出,鎳氫電池充電 有如下幾個(gè)特征:(1鎳氫電池充電的電壓變化與溫度及充電電流大小密切相關(guān),高 、 低溫下在同一 S OC 狀態(tài)的 電壓值相差較大,僅根據(jù)端電壓最大值和電壓負(fù)增 量作為充電末期判據(jù)已難成立 。

18、 所以,鎳氫電池充 電終點(diǎn)的判斷是一個(gè)很大的難題 。(2鎳氫電池充電控制現(xiàn)行的方法有兩類:一 是用小電流長時(shí)間過充電;再就是依靠 S OC 的估 算,由 S OC 的估算值控制充電的電量,完成鎳氫 電池的充電過程 。 所以,研究 S OC 的估算對(duì)鎳氫 電池的充電尤為重要,在研究 S OC 的同時(shí)結(jié)合電 池的溫度 、 電流 、 電壓等性能的檢測(cè)和控制,由此 形成了蓄電池管理系統(tǒng) (BMS 的研究開發(fā) 。國內(nèi)外許多專家及工程技術(shù)人員研究并設(shè)計(jì)了 多種蓄電池 S OC 的計(jì)算方法和測(cè)試技術(shù),試圖準(zhǔn) 確地預(yù)測(cè)動(dòng)力蓄電池組的剩余容量,并通過 S OC圖 11800次 70%DOD循環(huán)中第 201次慢脈

19、沖充電電流曲線圖 2鎳氫電池充電曲線www.ba tte rychn.co m2011No .5Vo l.48的結(jié)果來控制動(dòng)力蓄電池的快速充電及放電過程, 以達(dá)到使蓄電池快速充電,并保證動(dòng)力蓄電池組有 較長使用壽命的目的 。 但是,一直以來,蓄電池在 線 S OC 估算是公認(rèn)的國際性難題,眾多國內(nèi)外專 家學(xué)者進(jìn)行了長期的研究,先后提出了許多解決的 辦法,如:三星 S DI 株式會(huì)社的專利 (申請(qǐng)?zhí)?CN2006101700270 “ 調(diào)節(jié)電池 S OC 的方法和使 用該方法的管理系統(tǒng) ” 等 。 已經(jīng)從最初的開路電 壓 荷電狀態(tài) (OCV-S OC 、 庫倫計(jì)量以及溫度 、 充 /放電倍率發(fā)展

20、到充電效率修正或綜合以上部分 或全部進(jìn)行 S OC 的估算 。 先進(jìn)的算法相繼出現(xiàn), 如模糊邏輯算法模型 、 自適應(yīng)神經(jīng)模糊推斷模型 、 卡爾曼濾波估計(jì)模型算法以及新出現(xiàn)的線性模型法 和阻抗光譜法等 。 雖然人們進(jìn)行了大量的努力,但 是效果并不理想,都存在缺陷,不能達(dá)到實(shí)際使用 的要求,這也是蓄電池能量管理目前最大的缺陷, 極大地限制了蓄電池容量的有效發(fā)揮,降低了蓄電 池的均衡效果,使得蓄電池過充電和過放電控制缺 乏充足的依據(jù),蓄電池使用的安全性和可靠性隨之 降低,直接影響到蓄電池的性能和壽命 。 4鋰電池的充電及管理與鉛酸蓄電池和鎳氫電池相比,鋰離子電池具 有比能量高 、 工作電壓高 、 自

21、放電率低及無記憶效 應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),是理想的可用于新能源電動(dòng)汽車的動(dòng)力 型電池 。 鋰離子電池系統(tǒng)作為混合動(dòng)力汽車的輔助 能源或電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿υ醇瓣P(guān)鍵部件,其性能 很大程度上決定了整車的穩(wěn)定運(yùn)行,因此,必須對(duì) 整車蓄電池系統(tǒng)實(shí)施有效的智能管理 。 目前,國內(nèi) 外許多研究者已致力于研發(fā)高效 、 智能的鋰離子電 池管理系統(tǒng),不斷優(yōu)化使鋰離子電池系統(tǒng)發(fā)揮其最 佳性能,延長使用壽命 17-24。 鋰離子電池智能管理 系統(tǒng)一般由均衡充 /放電 、 電池檢測(cè)和電池保護(hù)等 模塊組成 。 根據(jù)鋰離子電池的特性,在充電過程中 若出現(xiàn)過充或過流現(xiàn)象,電解質(zhì)可被氧化或分解, 使得鋰離子電池內(nèi)部的溫度與壓力上升,電池性

22、能 惡化,甚至引發(fā)安全事故 。 因此,針對(duì)鋰離子電池 充電過程中的過充及過流現(xiàn)象,研究人員開發(fā)和設(shè) 計(jì)了各種鋰離子電池充電管理芯片及系統(tǒng) 25-32。目前,鋰離子電池最常用的充電方式為恒流恒壓充電 33,恒流脈沖充電和脈沖式充電也有較廣泛 的應(yīng)用 34,以及其他的一些充電方式,如間歇式充 電法 26等 。恒流恒壓充電法,可分為 3個(gè)階段:預(yù)充電 、 恒流充電和恒壓充電 。 對(duì)于深度放電的電池,要求 充電器具有涓流預(yù)充電過程,使蓄電池的電壓升高 至恒流快速充電要求的最低電壓;然后以較大的恒 定電流對(duì)蓄電池充電,蓄電池的電壓逐步上升,當(dāng) 達(dá)到所設(shè)定的終止電壓 (視電極材料而定 時(shí),恒 流充電過程結(jié)

23、束;最后采用恒壓充電,充電電流迅 速下降,至設(shè)定的截止電流或時(shí)間時(shí)終止,確保電 池充滿電 。根據(jù)恒流恒壓充電方式的原理,當(dāng)在恒壓階段 采用其他方式進(jìn)行充電時(shí),可以分為恒流脈沖充電 法和間歇式充電法 。 采用恒流脈沖方式對(duì)鋰離子電 池進(jìn)行充電,在恒流階段以一定的恒電流充電,至 電池電壓升至設(shè)定的值而終止;然后以脈沖電流進(jìn) 行充電,脈沖充電電流值與恒電流階段采用的相 同,然而需選擇合適的脈沖寬度,否則因脈沖充電 階段未設(shè)定上限截止電壓,可能會(huì)引起一定程度的 過充現(xiàn)象 。 間歇式充電法則是在預(yù)充與恒壓階段采 用間歇式充電方式,恒流階段借助于充電電源適配 器的限流控制 。Kohl 等采用脈沖充電技術(shù)對(duì)

24、鋰離子電池進(jìn)行 充電,并與傳統(tǒng)恒流恒壓充電方式進(jìn)行比較 35。 研 究 電 池 為 索 尼 公 司 生 產(chǎn) 的 商 業(yè) 化 鋰 離 子 電 池 US 18650S , 容 量 為 900m Ah , 研 究 結(jié) 果 表 明 :(1 以 1C 倍率充電,脈沖充電方式約 1h 完成充 電,而恒流恒壓充電方式則需要 3.5h 才能完成充 電過程; (2 充電方式顯著影響鋰離子電池的循 環(huán)性能,如圖 3所示 。 采用脈沖充電方式的鋰離子 電池容量高,且低倍率充電條件下,電池可獲得較 高的容量 。 采用恒流恒壓充電的鋰離子電池 700次 循環(huán)后容量衰減至 700m Ah ,而采用脈沖充電的鋰 離子電池經(jīng)

25、 1600次循環(huán)后容量才衰減至 700m Ah ; (3 采用脈沖充電方式進(jìn)行充電,可提高鋰離子電 池 LiCoO 2陰極的穩(wěn)定性 、 抑制石墨陽極 S EI 膜的 增厚 。 綜上所述,脈沖充電過程中弛豫周期及放電 脈沖有利于消除濃差極化 、 增加功率的傳輸速率 、 縮短充電過程所需時(shí)間,進(jìn)而提高電極活性物質(zhì)的 利用率,改善電池的循環(huán)性能 。蓄電池充電233蓄 電 池Chine se LABAT Ma n2011No .5Vo l.48Che n 開發(fā)了變頻脈沖充電系統(tǒng) (VFP CS 36,該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并動(dòng)態(tài)跟蹤最優(yōu)的充電頻率,縮 短充電時(shí)間,并制作了適用于 600mAh 鋰離子電 池充

26、電的充電器 。 由圖 4可知,采用 VFP CS 充電, 與傳統(tǒng)的恒流 (CC 或恒壓 (CV 充電方式相比, 充電速度提高 24%以上;與頻率分別為 100Hz 和 1kHz 的固定頻率脈沖充電系統(tǒng) (FFPCS 相比, 充電速度亦分別提高了 15%和 11%。文獻(xiàn) 22通過改變脈沖充電的占空比優(yōu)化蓄電池 的充電 。 若初始占空比為 100%,當(dāng)蓄電池的平均 電壓低于預(yù)設(shè)電壓時(shí),充電方式相當(dāng)于恒流充電; 而當(dāng)蓄電池的平均電壓高于預(yù)設(shè)電壓時(shí),占空比減 小,蓄電池以脈沖充電方式進(jìn)行充電 。 研究人員通 過改變脈沖充電方式的參數(shù),還提出了單放電脈沖 充電 38和多放電脈沖充電 39等充電方式 。鋰

27、離子在電解液中的遷移及在電極材料中的擴(kuò) 散速度決定了鋰離子電池的充電速度 。 在低溫條件 下工作時(shí),鋰離子在電解液中的遷移速度減慢及電 極表面電化學(xué)反應(yīng)速度減緩;而當(dāng)鋰離子電池以高 倍率充電時(shí),鋰離子在電解液及電極材料晶粒中的擴(kuò)散速度則滯后于界面的電化學(xué)反應(yīng)速度,上述兩 種情況下,均易使鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生較大的濃差 極化和電化學(xué)極化,顯著影響鋰離子電池低溫及倍 率電化學(xué)性能 。 根據(jù)鋰離子電池的特性,采用上述 脈沖充電方式對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電,電池性能得 到明顯改善,但未研究低溫條件下,脈沖充電方式 對(duì)電池性能的影響 。 在低溫時(shí),最大可充電功率較 小 22,且鑒于電池系統(tǒng)須在低溫環(huán)境下工作,

28、因而 研究低溫條件下鋰離子電池的快速充電具有重要的 現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景 。因此,提出的慢脈沖快速充電方式的主要原理 是在大電流快速充電的過程中,能通過恒小電流充 電有效地消除各種電池極化,尤其是濃差極化,并 在鉛酸蓄電池的充電中得到了較好的驗(yàn)證 。 目前正 在研發(fā)適用于鋰離子電池 (組 的新型慢脈沖快速 充 /放電器 (機(jī) ,以進(jìn)一步縮短鋰離子電池 (組 的充電時(shí)間,尤其在低溫條件下,實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的快速充電,為鋰離子動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化 夯實(shí)基礎(chǔ) 。 5結(jié)語隨著能源的短缺,油價(jià)驟升等問題的出現(xiàn),人 們對(duì)以動(dòng)力蓄電池為能源的電動(dòng)汽車的需求越來越迫切 。 世界各國都在加大力度對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行

29、研 制,但為追求高性能 、 長壽命的蓄電池,絕大多數(shù) 科研人員都致力于蓄電池本身高性能材料的開發(fā), 而忽略了蓄電池在使用過程中充電方式及其管理系 統(tǒng)的研究 。 通過對(duì) 3類動(dòng)力蓄電池,即鉛酸蓄電 池 、 鎳氫電池 、 鋰及鋰離子電池充電方式和管理的 總結(jié),發(fā)現(xiàn)蓄電池的性能與蓄電池的充電方式和管 理有著緊密的聯(lián)系,不同的充電方式各有其優(yōu) 、 缺 點(diǎn) 。 在慢脈沖快速充電的條件下, VRLA 蓄電池能 夠大電流快速充電,而且發(fā)熱量低 、 析氣量少 、 循 環(huán)壽命長 、 均衡性好 。 這種突破性的研究勢(shì)必會(huì)大 大提升鉛酸蓄電池的使用價(jià)值,拓展鉛酸蓄電池更 廣泛的應(yīng)用 。 而鎳氫電池和鋰離子電池就目前

30、的充 電方式和管理來看,還存在著一定的技術(shù)難題,當(dāng) 前正潛心于利用慢脈沖快速充電及管理的方法對(duì)這 兩類電池進(jìn)行研究 。 相信在不遠(yuǎn)的將來,一定會(huì)開 發(fā)出良好的充電方式和管理系統(tǒng),沖破鎳氫電池和圖 3鋰離子電池不同方式充 /放電的循環(huán)性能(a 1C 倍率恒流恒壓充電的充 /放電率; (b1C 倍率脈沖充電的充 /放電率; (c0.5C 脈沖充電 1C 放電的充 /放電率 35圖 4充電系統(tǒng) (VFP CS ,標(biāo)準(zhǔn)的恒流 -恒壓充電系統(tǒng) (CC-CV 以及傳統(tǒng)的 100Hz 和 1kHz 固定頻率脈沖充電系統(tǒng) (FFP CS 的充電響應(yīng) 36蓄電池充電 鋰離子電池使用過程中存在的局限性，加速新能源

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