第三講充電方法和充電設(shè)備

根據(jù)蓄電池充電終結(jié)特性曲線,充電控制方法可分為三類:(1)恒壓(穩(wěn)壓)型充電特性曲線;(2)負(fù)電壓增量型(－△V)充電特性曲線;(3)電壓增量型(+△V)充電特性曲線。圖2-1恒壓(穩(wěn)壓)特性蓄電池充電電流、電壓曲線2-1(b)負(fù)電壓增量(—△V)型充電特性曲線圖2-1(c)電壓增量型充電特性電流電壓曲線。

根據(jù)充電過程得電池反應(yīng),可分為:

自動均衡型(即蓄電池本身在充電過程中具有良好得自動均衡特性)。

非均衡型(即充電過程中基本沒有或沒有自動均衡能力)。不同特性得蓄電池對

—充電控制方式,

—充電模式

—充電設(shè)備具有完全不同得要求。

根據(jù)控制方式不同,充電控制方法可分為三類(如圖2-29):(1)基于單體電池充電控制方法;(2)基于端電壓充電控制方法;(3)基于極端單體蓄電池充電控制方法。圖2-29充電控制方法和充電模式2、4、1基于單體電池充電控制方法及適用范圍基于單體電池充電方法:根據(jù)(包括蓄電池組得)單體蓄電池充電狀態(tài),實施充電控制。其特點就是,充電過程中關(guān)注所有連接到充電系統(tǒng)得蓄電池。當(dāng)所有蓄電池符合條件,才終止充電。12大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

典型得如鉛蓄電池充電過程:充電過程后期,充電電流基本恒定;定時檢查所有蓄電池單體得充電電壓或電解液比重在規(guī)定時間內(nèi),蓄電池單體得電壓或比重不再升高,或升高不超過規(guī)定數(shù)值時充電結(jié)束。

通行得規(guī)定就是連續(xù)2小,蓄電池充電電壓升高不超過0、1V,電解液比重升高不超過0、01),充電結(jié)束。圖2-29充電控制方法和充電模式2、4、1、1恒流充電

在早期,由于控制技術(shù)得局限,一般采用恒流充電。

從圖中瞧到,恒流充電得特點就是:充電電流基本恒定不變,充電電壓逐步上升(0～1區(qū)間)。當(dāng)充電電流大于蓄電池電極反應(yīng)需要得電流后,多余得電流將用于電解水。圖2-30恒流充電特性曲線當(dāng)所有蓄電池電壓連續(xù)兩小時不再上升,或上升幅度小于0、1V,或電解液比重連續(xù)不變,或上升幅度小于0、01時(1～2區(qū)間),充電結(jié)束。從圖中可以瞧到:充電初期階段,充電電流小于蓄電池可接受充電電流,極化電壓很小,充電效率很高。充電后期,充電電流大于可接受充電電流,大部分充電電流用于解水,充電效率很低,水消耗很大,酸霧污染十分嚴(yán)重2、4、1、2兩階段恒流充電為了提高充電效率,減小酸霧污染與失水,后期采用兩階段恒流充電(如圖2-31)。圖2-31亮階段恒流充電曲線兩階段恒流充電得方法就是:先采用恒流充電方法進(jìn)行充電,隨充電電壓得升高,蓄電池進(jìn)入沸騰狀態(tài)后(0～1區(qū)間),將充電電壓減小一半(1點)繼續(xù)充電(1～2)。當(dāng)所有蓄電池電壓連續(xù)兩小時不再上升,或上升幅度小于0、1V,或電解液比重連續(xù)不變,或上升幅度小于0、01時(2～3區(qū)間),充電結(jié)束。兩階段恒流充電后期充電效率顯著提高,酸污染與失水量減小。

2、4、1、3適用范圍

恒流充電方法,兩階段恒流充電方法,屬于基于單體電池充電方法。

基于單體電池充電方法適用于具備以下特點得蓄電池:(1)充電過程中,當(dāng)蓄電池電壓上升到一定值后基本穩(wěn)定不再升高,如圖2-1(a)。(2)蓄電池得充電過程具有良好得自動均衡特性。鉛蓄電池(非密封富液鉛蓄電池)具備上述兩個基本特性?；趩误w電池充電控制方法就就是在鉛蓄電池特性得基礎(chǔ)上發(fā)展起來得。2、4、2基于端電壓充電方法及適用范圍基于端電壓充放電方法:

根據(jù)蓄電池組端電壓,進(jìn)行充放電控制得方法。

其特點就是:充電過程中,僅關(guān)注蓄電池組得端電壓狀態(tài)。對組成蓄電池組得單體蓄電池,基本不關(guān)注。

氧復(fù)合技術(shù)得應(yīng)用,使堿性密封蓄電池與閥控鉛蓄電池技術(shù)得到快速發(fā)展。

閥控鉛蓄電池,由于具有:

——基本消除了酸污染,

——水消耗大幅減少,

——儲能效率顯著提高;

——使用壽命顯著延長;

——基本實現(xiàn)了免維護(hù)等特點,應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。閥控鉛蓄電池雖然同屬于鉛酸蓄電池體系。仍遵循鉛蓄電池得充放電機(jī)理;但由于采用了氧循環(huán)技術(shù)與貧液技術(shù),使其性能與充放電特性發(fā)生了重大變化。

充電電壓超過2、40V后,氧復(fù)合效率快速下降。循環(huán)使用時,充電電壓不得超過2、40V;浮充電電壓要求2、23V～2、27V。圖2-17氧復(fù)合效率與充電電壓、電流得關(guān)系閥控鉛蓄電池充電特性曲線屬于圖2-1(c)(+△V型)圖2-1(c)電壓增量型充電特性電流電壓曲線。如前所述得

基于單體蓄電池充電控制方式得

恒流充電模式

兩階段恒流充電模式,

充電電壓講上升到最高允許充電之上;

已不能適用于閥控鉛蓄電池。

為了將充電電壓控制在允許充電電壓范圍之內(nèi),產(chǎn)生了以蓄電池端電壓為主要控制量得充電控制方法,即

基于端電壓充電控制方法。值得注意:上述充電方法,不能滿足閥控鉛蓄電池對充放電得要求(后面將詳細(xì)闡述)。

基于極端單體電池充電控制方法,主要包括:(1)恒壓充電模式;(2)恒壓限流充電模式;(3)均衡充電模式;(4)智能充電模式。2、4、2、1恒壓充電模式恒壓充電模式:充電電流最大值僅受充電設(shè)備最大電流限制。當(dāng)充電設(shè)備最大允許充電電流等于或小于蓄電池可接受充電電流時,恒壓充電模式就是可以應(yīng)用得。圖2-32恒壓充電電流模式

當(dāng)充電設(shè)備輸出電流大于蓄電池可接受充電電流時,在蓄電池電壓較低時(0～1區(qū)間),充電電流會很大,可能超過蓄電池可接受充電電流時(如圖2-32)。這就是恒流充電得主要問題,除特殊用途外,這種充電模式已經(jīng)很少應(yīng)用。

2、4、2、2恒壓限流充電模式為了克服恒流充電初期電流大得問題,形成了如圖2-33所示得恒壓限流充電模式。圖2-33恒壓限流充電模式充電初期電流(可設(shè)定),使充電初期充電電流小于或等于蓄電池可接受充電電流;充電設(shè)備處于恒流充電模式。

隨充電過程得進(jìn)行,蓄電池電壓逐漸升高。

當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定得最高允許充電電壓時,充電設(shè)備轉(zhuǎn)入恒壓充電模式,充電電流隨充電過程得進(jìn)行,逐漸減小,以保持充電電壓得基本穩(wěn)定。恒壓限流充電模式,當(dāng)前,就是閥控鉛蓄電池等具有類似特性得蓄電池基本充電模式。普遍認(rèn)為,基本能夠滿足閥控鉛及類似蓄電池單體對充電得要求。

如圖2-34,閥控鉛蓄電池與其它蓄電池一樣,存在性能得不均衡問題。

圖2-34閥控鉛蓄電池電壓狀況

蓄電池性能得不一致,主要就是由兩個方面得問題造成:(1)由于正極、負(fù)極、電解液等性能得差異與制造質(zhì)量得差異,造成蓄電池性能得差異。

(2)使用過程中性能衰變得差異、充放電效率得差異,與氧復(fù)合效率得差異等。

對于閥控鉛蓄電池,性能差異會造成氧符合效率得巨大差異,氧復(fù)合效率變差,會加速蓄電池衰變,不一致性增加。

基于端電壓得恒壓限流充電模式,只能適用于在工作過程中,單體電池電壓相差不小于50mV(≤2、5%),得閥控鉛蓄電池。

2、4、2、3均衡充電模式圖2-13隔膜不同侵透率時的復(fù)合電流圖2-14閥控鉛蓄電池電解液體積對氧復(fù)合與容量得影響圖2-15氧分壓對氧復(fù)合能力得影響電解液密度1、310g/cm3,隔膜飽與度93%,負(fù)極面積0、218m2,充電電壓2、34V圖2-16充電電流與復(fù)合率得關(guān)系充電電流小于1I20氧復(fù)合率接近100%

閥控鉛蓄電池充電過程中得氧循環(huán)特性,使其仍具有一定能力得均衡功能。

閥控鉛蓄電池得均衡化充電,就就是利用其氧循環(huán)特性具有一定得自動均衡充電能力。

與鉛蓄電池就是利用充電過程中存在電解水得反應(yīng)實現(xiàn)均衡充電不同,閥控鉛蓄電池均衡化充電可以利用得氧循環(huán)實現(xiàn)得均衡能力十分有限。

對于閥控鉛蓄電池,均衡充電電流得大小,主要應(yīng)依據(jù)氧復(fù)合能力大小確定。即充電電流,應(yīng)依據(jù)最先完成充電得蓄電池,即充電電壓最高得蓄電池能進(jìn)行完全氧循環(huán)為前提。

若充電電流過大,將發(fā)生安全閥頻繁開啟,造成過度失水,嚴(yán)重?fù)p害使用壽命。

現(xiàn)行均衡充電方式一般就是,采用較小得充電電流(≤1I20),進(jìn)行一定時間得充電,如2～3小時。需要注意得就是:不同蓄電池氧復(fù)合能力差別很大。應(yīng)針對具體得蓄電池確定合適得均衡化充電電流。推薦均衡充電電流,僅為參考。

閥控鉛蓄電池得上述特點:使“快速充電”不適用于如閥控鉛蓄電池之類得蓄電池。2、4、2、4智能充電模式閥控鉛蓄電池充電電壓與充電反應(yīng)電動勢、過電勢、溫度等具有密切關(guān)系,即充電電壓等于;充電反應(yīng)電動勢+過電勢+溫度修正值

充電電壓過低,充電過程無法正常進(jìn)行;充電電壓過高,氧復(fù)合效率過低,內(nèi)部壓力會增加,失水與酸霧排放量將增加。

蓄電池允許充電電流,即可接受充電電流,與多種因數(shù)相關(guān);而且在充電過程中,隨充電過程得進(jìn)程,隨時在改變;

準(zhǔn)確充電電流與充電電壓,就是十分困難得。

隨控制技術(shù)、電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)得快速發(fā)展,出現(xiàn)了能夠根據(jù)蓄電池實際工況,自動調(diào)整充電電壓與充電電流得新型充電技術(shù),一般稱為智能充電技術(shù)。智能充電技術(shù)具有多種控制模式,常見得有以下幾種:

(1)程序控制型該類充電控制模式得基本特點就是:采用參數(shù)可重置得恒壓限流充電模式;充電過程按繼定得程序由充電設(shè)備內(nèi)自動控制系統(tǒng)控制自動完成;大多數(shù)智能充電屬于此類。實質(zhì)上應(yīng)屬于自動充電范疇。

(2)模擬曲線程序控制型

該類充電控制模式得特點就是:充電設(shè)備內(nèi)嵌入了多種預(yù)設(shè)充電曲線;用戶根據(jù)不同得蓄電池,選擇不同得預(yù)置充電曲線進(jìn)行充電。這種充電控制方法可按特殊曲線程序控制充電,實現(xiàn)一些具有特殊功能得充電過程控制,如預(yù)充電、均衡充電等。該模式得缺點就是:預(yù)置曲線仍就是根據(jù)大量試驗確定得典型充電曲線,不可能完全滿足所有具體蓄電池得實際特性。過充電、欠充電、過電流等問題難以避免。(3)智慧型下圖就是不同性能得閥控鉛蓄電池可接受充電電流曲線。(A)為性能良好得蓄電池可接受充電電流曲線,(B)就是性能較差得蓄電池可接受充電電流曲線,(C)就是輕度硫酸鹽化得蓄電池可接受充電電流曲線。圖2-35不同性能的蓄電池可接受充電曲線程序控制與模擬曲線程序控制,難以適應(yīng)上述不同蓄電池特性得充電要求。隨計算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)得發(fā)展,為充電技術(shù)實現(xiàn)智慧型奠定了基礎(chǔ)。

從二十世紀(jì)九十年代開始,一些更先進(jìn)得,具有具有智慧型特征得新型充電技術(shù)不斷出現(xiàn)。其特征就是:與先進(jìn)得檢測技術(shù)結(jié)合,對蓄電池在充電過程得主要狀態(tài)進(jìn)行實時檢測,并以最優(yōu)化得原則,自動調(diào)整充電電流與充電電壓,使蓄電池在最佳狀態(tài)下完成充電過程。

智慧型充電控制方法有多種技術(shù)方案。第二炮兵(北京)充電技術(shù)研究所在1987年研究成功得智能充電方法(已獲得發(fā)明專利授權(quán))就是一種原理獨特得充電控制方法。

若充電電流減小,充電過程中超電勢同時逐漸減小。若充電增大,充電過程中超電勢隨之增大。充電過程得超電勢幅度,即反映充電電流與可接受充電電流比值得合理性?？刂瞥潆娺^程得超電勢得大小,即可準(zhǔn)確控制充電與可接受充電電流得比值。其基本原理就是:根據(jù)充電過程中超電勢相關(guān)于蓄電池可接受充電電流及實際充電電流得比值。圖2-36充電過程的超電勢與電流的關(guān)系以控制蓄電池充電過程中超電勢為主得智能充電控制技術(shù),就是最接近蓄電池充電反應(yīng)機(jī)理,技術(shù)性能先進(jìn)得一種充電控制技術(shù)。該充電技術(shù)得特點就是:采用獨特得采樣技術(shù),對蓄電池充電過程中充電反應(yīng)得超電勢進(jìn)行實時監(jiān)測,并根據(jù)蓄電池(可預(yù)置)允許超電勢最大值,自動調(diào)整充電電流與充電電壓,使充電過程中,蓄電池充電反應(yīng)得超電勢,限制得允許得范圍內(nèi)。(4)基于容量SOC得充電方法

近年,基于容量SOC得充電方法成為大專院校、科研院所研究成得熱點。支撐其研究得理論就是,具有不同荷電狀態(tài)(SOC)得蓄電池,具有不同得允許充電電流與放電電流。只要預(yù)知蓄電池得荷電狀態(tài)(SOC),就可以計算出最佳充電電流與放電電流,使蓄電池工作在最佳狀態(tài),防止蓄電池發(fā)生過充電,過放電與過電流。述方法存在得問題就是:影響蓄電池充放電電流大小得主要因數(shù)就是蓄電池得內(nèi)阻,內(nèi)阻越小,允許得充放電電流就越大。蓄電池得荷電狀態(tài)(SOC)與內(nèi)阻沒有直接關(guān)系。荷電狀態(tài)(SOC)大,內(nèi)阻不一定就小。荷電狀態(tài)小,不一定內(nèi)阻就一定大。2002年曾發(fā)生過一個案例:一輛11米純電動公交車,裝載得396/300Ah閥控鉛蓄電池,勻速試驗運(yùn)行可連續(xù)行駛156公里。而同一輛車轉(zhuǎn)載400Ah鋰離子蓄電池,同樣得試驗,連續(xù)行駛僅96公里。其原因就就是裝載得鋰離子蓄電池得內(nèi)阻比閥控鉛蓄電池還大,內(nèi)阻上消耗了大量能量。

蓄電池過充電得標(biāo)志就是充電電壓超過蓄電池最高允許充電電壓,簡化得表達(dá)式為:

充電電壓≤充電反應(yīng)電動勢+超電勢+充電電流×蓄電池內(nèi)阻

上式中,充電反應(yīng)電動勢與超電勢,就是由正極、負(fù)極與電解液得材料體系決定得,與實際容量大小沒有關(guān)系。

蓄電池內(nèi)阻雖然與實際容量存在函數(shù)關(guān)系,但就是一個沒有確定值得離散參數(shù)。即相同實際容量得蓄電池得內(nèi)阻存在巨大得差別,而且就是一個相關(guān)于時間離散參數(shù)。

容量與內(nèi)阻得函數(shù)關(guān)系只對特定目標(biāo)(特定條件下得特定蓄電池)存在基本明確得函數(shù)關(guān)系;并不具有一般性與普遍性得函數(shù)關(guān)系。

依據(jù)實際容量確定“最佳”充電電流,就是不符合蓄電池基本特性得。

2、4、2、5基于端電壓充電控制方法得適應(yīng)范圍基于端電壓充電方法,就是隨閥控鉛蓄電池蓄電池與密封堿性蓄電池得發(fā)展而發(fā)展起來得。自從閥控鉛蓄電池出現(xiàn)以來,基于端電壓得恒壓限流充電方法,已經(jīng)被公認(rèn)為就是閥控鉛等蓄電池經(jīng)典充電方法。

從閥控鉛蓄電池得特性與對充電得要求考慮,若用于如2-34圖所示成組電池充電,會產(chǎn)生以下兩個問題:圖2-34閥控鉛蓄電池電壓狀態(tài)(1)一部分電池充電電壓會超過允許充電電壓,氧符合效率降低,嚴(yán)重影響蓄電池壽命。(2)一部分電池充電電壓會低于規(guī)定充電電壓,同樣會造成蓄電池壽命縮短。

基于端電壓充電方法僅適用于單體電池得充電;不能滿足成組閥控鉛蓄電池對充電得要求。

2、4、3基于極端單體電池

充放電方法及適用范圍

對于如圖2-1(c)充電特性蓄電池得蓄電池(如閥控鉛蓄電池、磷酸亞鐵鋰蓄電池、錳酸鋰蓄電池等),其等效電路可以簡化為圖2-37。其等效電路可以簡化為圖2-37

當(dāng)通過電阻R1向電容C(等效充電反應(yīng))充電時,電容器C上得電壓將緩慢持續(xù)上升,而電容器C得耐壓(等效最高允許充電電壓)就是有極限得,當(dāng)電壓超過電容器C得耐壓極限時,電容器將失效。若通過得電流過大,電路中得熔斷器RD(等效最大允許充電電流)將被熔斷。

對于充電電壓曲線如圖2-1(b)得蓄電池,充電特性等效電路可以簡化為如圖2-38。與圖2-37比,多了一個具有負(fù)溫度系數(shù)得溫敏電阻R3。當(dāng)溫度上升到一定值后,其電阻會迅速減小。若充電電壓不變,通過熔斷器RD得電流將急劇增加,使電路失效。這類電池充電終結(jié)點一般應(yīng)在負(fù)電壓增量(-△V)得拐點。通過檢測蓄電池充電過程中得負(fù)電壓增量(-△V)拐點,可以準(zhǔn)確確定充電終結(jié)點。

若采用基于端電壓充電方法對如圖2-39得電池組充電,83號蓄電池充電電壓可能會達(dá)到20V以上,將有發(fā)生燃燒,爆炸得可能。圖2-39鋰鋰蓄電池充電電壓狀態(tài)圖2-39得電池組充電:設(shè)定充電電壓4、16V,110只電池串聯(lián),充電端電壓等于457、6V。但83號電池電壓已經(jīng)達(dá)到4、16(設(shè)定最高充電電壓值),平均電壓只有3、92V。實際端電壓只有431、2V,與充電端電壓還差26、4V,若繼續(xù)充電到電池端壓為457、6V時,83號蓄電池充電電壓可能會達(dá)到20V以上。

圖2-40就是一個電動汽車上蓄電池組充電過程得電壓狀況。從圖中瞧到,該蓄電池組存在嚴(yán)重不均衡問題。圖2-40蓄電池工作電壓狀況第2章2、4、1節(jié)所述得基于單體電池充電方法,第2章2、4、2節(jié)所述得基于端電壓得充電方法,都不能滿足成組鋰離子蓄電池對充電得要求。

雖然閥控鉛蓄電池采用基于端電壓充電方法已經(jīng)具有三十余年得歷史。由于基本沒有發(fā)生電池燃燒、爆炸等惡性事故得危險。本來應(yīng)更長得使用壽命被縮短,已經(jīng)被認(rèn)為就是正常狀態(tài)。所以仍將基于端電壓充電方法視為經(jīng)典充電方法。

隨鋰離子蓄電池得快速發(fā)展,性能基本達(dá)到使用要求得單體電池串聯(lián)組成蓄電池組后,安全性大幅下降,使用壽命大幅縮短,甚至發(fā)生電池燃燒、爆炸等惡性事故得問題,推動了鋰離子等新型蓄電池充電方法得研究。

從二十世紀(jì)末開始,經(jīng)過十年得發(fā)展,基本形成基于極端單體充電方法。并已正式列為由中國電子商會電源專業(yè)委員會主持指定得鋰離子蓄電池電源系統(tǒng)行業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)送審稿推薦充電方法。極端單體電池得含義就是:由若干只蓄電池串聯(lián)組成得蓄電池組,在充電過程,充電電壓最高、充電電流最大、溫度最高得蓄電池單體,在放電過程中,放電電壓最低、放電電流最大、溫度最高得蓄電池單體,稱為

極端單體蓄電池。在充電過程中,應(yīng)保證所有單體蓄電池得充電電壓、充電電流與溫度不能超過允許值。只要極端單體電池不超過規(guī)定得值,則不會發(fā)生電池單體超過允許值得問題。

基于極端單體電池可以用以下表達(dá)式描述:

基于極端單體電池充電方法分為以下兩種模式:(1)電壓模式;(2)溫控模式兩種。

電壓模式適用于圖2-37所述蓄電池類,如閥控鉛蓄電池組、錳酸鋰蓄電池組、磷酸亞鐵鋰蓄電池組等。

電壓模式按以下優(yōu)先原則進(jìn)行控制:最高優(yōu)先級電池單體電壓≤允許值充電電流≤允許值最高溫度≤允許值最低優(yōu)先級總成端電壓≤允許值溫控模式適用于圖2-38所述蓄電池類,如金屬氫化物-鎳等鎳基類蓄電池組。溫控模式按以下優(yōu)先原則進(jìn)行控制:

最高優(yōu)先級電池單體溫升率≤允許值最高溫度≤允許值單體電池電壓≤允許值充電電流≤允許值最低優(yōu)先級總成端電壓≤允許值

溫度與溫升率得檢測,存在很大延遲時間,難以滿足實時控制得要求。鎳系蓄電池得充電電壓對溫度很敏感,在充電基本完成后,溫度上升率會明顯增大,同時將出現(xiàn)明顯得負(fù)電壓增量。

實際應(yīng)用中,在充電前期,若溫升過快,應(yīng)減小充電電流。充電后期。在充電過程中,只要以檢測蓄電池電壓得負(fù)電壓增量,在出現(xiàn)負(fù)電壓增量得拐點時,立即停止充電。否則,將有發(fā)生溫度失控得可能。

2、4、4基于極端單體電池

充電設(shè)備

基于極端單體電池充電方法與基于端電壓充電方法得區(qū)別在于:前者主要控制數(shù)據(jù)源來自蓄電池組端電壓;后者來自于蓄電池組中極端單體電池電壓。充電模式基本相同,都可分為:(1)恒壓充電模式;(2)恒壓限流流充電模式;(3)均衡充電模式(4)智能充電模式

與基于端電壓充電設(shè)備與基于單體電池充電設(shè)備比,除增加了與蓄電池系統(tǒng)連接得遠(yuǎn)程自動控制設(shè)備外,其余部分就是基本相同得。

右圖就是可用于建立電動汽車公共充電站得CAMTC-GC系列100KW高頻充電機(jī)充電設(shè)備,不僅能自動兼容錳酸鋰蓄電池與磷酸亞鐵鋰蓄電池。還可兼容鉛蓄電池、閥控鉛蓄電池、金屬氫化物-鎳蓄電池得全自動充電。《鋰離子蓄電池充電設(shè)備通用要求》(報批稿)中,規(guī)定了基于極端單體電池充電設(shè)備得三種類型。

其中,通用型充電設(shè)備,可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設(shè)備通用要求》(報批稿)規(guī)定得標(biāo)準(zhǔn)型、均衡型、基本型與I/O型蓄電池模塊與總成得充電要求。

基本型充電設(shè)備,可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設(shè)備通用要求》(報批稿)規(guī)定得基本型與I/O型蓄電池模塊與總成得充電要求。

I/O型充電設(shè)備可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設(shè)備通用要求》(報批稿)規(guī)定得I/O型蓄電池模塊與總成得充電要求。

《鋰離子蓄電池充電設(shè)備通用要求》(報批稿)中對該類充電設(shè)備得安全提出了具體得要求:(1)當(dāng)蓄電池單體電池數(shù)據(jù)采樣發(fā)生失調(diào)或失效時,充電設(shè)備應(yīng)有能夠防止發(fā)生單體電池充電電壓超過最高允許充電電壓得技術(shù)措施。(2)當(dāng)單體電池電壓監(jiān)測電路發(fā)生故障時,充電設(shè)備應(yīng)自動停止充電,并斷開充電設(shè)備與蓄電池得連接。

(3)當(dāng)充電設(shè)備沒有與蓄電池模塊或總成建立連接時,充電設(shè)備應(yīng)被禁止啟動充電。若必要時,必須通過操作專門得裝置后,才能啟動充電設(shè)備。(4)當(dāng)充電設(shè)備與蓄電池模塊或總成建立連接后,操作人員通過充電設(shè)備本地人機(jī)交互設(shè)備或充電機(jī)(站)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行充電參數(shù)修改時,可修改得項目與范圍應(yīng)受到嚴(yán)格限制。充電電流與充電電壓只允許在小于或等于蓄電池模塊與總成允許充電電流與充電電壓范圍內(nèi)。(5)在正常情況下,充電設(shè)備應(yīng)自動處于必須與蓄電池模塊或總成建立連接,并組成基于極端單體電池充電狀態(tài)。僅通過操作特殊得設(shè)備,才允許充電設(shè)備處于常規(guī)基于端電壓得充電狀態(tài)。(6)當(dāng)充電設(shè)備處于基于極端單體電池充電狀態(tài)時,若不能與蓄電池模塊或總成建立正常連接,啟動充電設(shè)備得充電操作被禁止,并發(fā)出報警信息。(7)當(dāng)充電設(shè)備處于基于端電壓得常規(guī)充電模式下,而與必須采用基于極端單體電池充電模式得鋰離子蓄電池連接時,啟動充電設(shè)備得充電操作被禁止,并發(fā)出報警信息。(8)充電設(shè)備應(yīng)安裝一個緊急停機(jī)設(shè)備,必要時通過操作緊急停機(jī)設(shè)備,可以立即停止充電,并斷開充電設(shè)備與輸入電源與蓄電池得連接。接口與通訊協(xié)議等將在后面幾章中介紹。2、5蓄電池放電控制技術(shù)

蓄電池得性能與使用壽命,與放電過程就是否符合蓄電池得性能要求密切相關(guān)。放電方法與放電控制技術(shù),就是蓄電池成組應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)集成技術(shù)研究得重要內(nèi)容。

各種不同體系得蓄電池,對放電有不同得要求。

鉛酸體系得蓄電池放電深度與壽命得關(guān)系如表2-9與表2-10,一般要求放電深度應(yīng)限制在80%之內(nèi)。若放電深度過深,會嚴(yán)重影響使用壽命。放電電流大小,對鉛蓄電池使用壽命影響很大,放電電流與實際可用容量得關(guān)系如表2-3。表2-3放電電流大小對容量的影響鋰離子蓄電池雖然功率密度比閥控鉛蓄電池大很多。但仍然不允許大電流放電(其教授已經(jīng)詳細(xì)介紹了)。

從防止溫度升高與溫度失控方面考慮,一般以1I3為宜。

鋰離子蓄電池與鉛蓄電池放電電流與容量得關(guān)系如圖2-43與表2-11圖2-43鉛蓄電池和鋰離子蓄電池在不同放電電流下的容量表2-11蓄電池放電電流與容量的關(guān)系

鋰離子蓄電池若發(fā)生過放電,對電池得傷害遠(yuǎn)大于鉛酸體系蓄電池。

鋰離子蓄電池對過放電得要求比鉛蓄電池嚴(yán)格得多。若發(fā)生嚴(yán)重過放電,將造成蓄電池失效金屬氫化物-鎳蓄電池完全放電與完全充電,就是保證使用壽命不縮短得基本要求。但也必須防止由于蓄電池得過度放電造成反極性對蓄電池造成得傷害。放電控制方法可分為兩類:(1)基于端電壓放電控制方法;(2)基于極端單體電池放電方法。

2、5、1基于極端單體電池放電控制方法

基于單體電池放電控制方法就是蓄電池容量試驗等典型方法。這種放電控制方法如圖2-44,

圖2-44基于極端單體電池放電方法以恒流方式進(jìn)行放電,當(dāng)蓄電池組中,電壓最低得蓄電池單體放電電壓等于或低于放電最低允許電壓時(1點),即停止放電。這種放電方式在蓄電池實驗中得到廣泛應(yīng)用。這種放電方法得缺點就是:在放電過程中必須不斷檢測所有蓄電池得單體電池電壓。在沒有單體電池電壓檢測得電池組中,難以實現(xiàn)自動控制。一般只用于電池組試驗或維護(hù)性得放電。在沒有自動控制得電源系統(tǒng)蓄電池組中不能采用。2、5、2基于端電壓放電控制方法基于端電壓放電控制方法分兩種:(1)恒流放電方法;(2)恒流限壓放電方法。

恒流放電方法如圖2-44。即以恒流進(jìn)行放電,當(dāng)蓄電池組得電壓下降到放電允許最低電壓時,停止放電。

圖2-44恒流放電方法

與基于極端單體電池放電控制方法得區(qū)別在于:用于控制得放電電壓就是來自蓄電池組得端電壓,其值等于單體電池允許最低放電電壓與串聯(lián)蓄電池個數(shù)得乘積。

由于鉛蓄電池與閥控鉛蓄電池最大放電深度應(yīng)小于或等于80%,即放電終結(jié)后還應(yīng)有20%得剩余電量。若蓄電池組中所有蓄電池得質(zhì)量都在規(guī)定得標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),一致性符合要求,采用蓄電池組端電壓放電控制方式,即就是會出現(xiàn)部分電池放電深度低于80%,也基本不會發(fā)生個完全放電或反極性得問題。

若蓄電池組得個別電池質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定質(zhì)量,即一致性不能達(dá)到規(guī)定要求,采用基于端電壓放電控制方法不能防止發(fā)生個別電池過放電得問題。

另一種就是恒流限壓放電控制方法就是恒壓限流放電方法(如圖2-45)。

圖2-45恒壓限流放電控制方法恒流限壓放電方法就是:先以恒流方式進(jìn)行放電,當(dāng)蓄電池組端電壓下降到最低允許放電電壓時,即轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐悍绞竭M(jìn)行放電。當(dāng)放電電流下降到規(guī)定得最小放電電流時(2點)停止放電。

這種放電方法應(yīng)用很普遍。其缺點就是:若蓄電池組得一致性不能達(dá)到要求,有可能發(fā)生單體電池過放電。

基于端電壓得恒流限壓放電控制方法,只能適用于蓄電池組一致性符合要求,不可能發(fā)生單體電池過放電得鉛蓄電池,閥控鉛蓄電池等蓄電池。對于需要防止發(fā)生單體電池過放電得蓄電池,不能使用這種放電控制方法。

2、5、3基于極端單體電池放電控制方法對于不允許發(fā)生單體電池過放電得蓄電池(如鋰離子蓄電池),或可能發(fā)生單體電池過放電得蓄電池組,應(yīng)采用基于極端單體電池放電控制方法。

基于極端單體電池放電方法可分:(1)恒流放電控制方法;(2)恒流限壓放電控制方法?；跇O端單體電池放電方法與基于端電壓放電方法不同得就是:蓄電池電壓都就是指蓄電池組中得極端單體蓄電池得電壓。即蓄電池組中只要有一只蓄電池放電電壓等于或低于最低允許放電電壓,即應(yīng)立即停止放電。基于極端單體電池放電方法控制電路如圖2-46。與基于端電壓放電控制方法比,僅增加了由蓄電池系統(tǒng)放電控制電路控制得遠(yuǎn)程自動控制設(shè)備。

《鋰離子蓄電池總成通用要》(報批稿)中對用電設(shè)備得控制提出了具體要求:與鋰離子蓄電池連接得用電設(shè)備,應(yīng)符合以下要求:(1)有與蓄電池模塊與總成連接得控制電路接口與通訊接口,并符合《鋰離子蓄電池總成接口與通訊協(xié)議》得規(guī)定。

(2)有防止發(fā)生單體電池放電電壓低于允許值,放電電流與電池模塊內(nèi)工作溫度超過允許值得技術(shù)措施。(3)電池得一致性處于任意狀態(tài)時,不應(yīng)發(fā)生單體電池放電電壓低于規(guī)定值,導(dǎo)致使用壽命縮短或安全性下降等問題。(4)當(dāng)蓄電池電壓等于最低允許值時,應(yīng)自動限制放電電流,使最低單體電池電壓等于或高于最低允許值。(5)當(dāng)采用數(shù)字控制得放電設(shè)備時,必須有防止因單體電池電壓檢測失調(diào)或失效造成單體電池充電電壓低于允許值得技術(shù)措施。(6)當(dāng)采用數(shù)字控制得放電設(shè)備時,必須有防止因單體電池電壓檢測失調(diào)或失效造成單體電池充電電壓低于允許值得技術(shù)措施。(7)放電設(shè)備與蓄電池模塊或總成之間應(yīng)有電路斷開設(shè)備,必要時,蓄電池模塊與總成能應(yīng)通過接口電路控制電路斷開設(shè)備,立即切斷蓄電池與放電設(shè)備得連接。用電設(shè)備得電路接口與接口協(xié)議及通訊接口與通訊協(xié)議應(yīng)符合《鋰離子蓄電池總成接口與通訊協(xié)議》(報批稿)得規(guī)定。

基于極端單體蓄電池放電方法,就是鋰離子蓄電池、金屬氫化物-鎳蓄電池必須采用得放電控制方法。閥空鉛蓄電池也應(yīng)采用這種放電方法。

2、6蓄電池得運(yùn)行模式蓄電池運(yùn)行運(yùn)行模式根據(jù)需要,一般可分為:(1)循環(huán)充放電運(yùn)行模式;(2)連續(xù)浮充電運(yùn)行模式;(3)非連續(xù)浮充電運(yùn)行模式。2、6、4、1循環(huán)充放運(yùn)行模式循環(huán)充放電運(yùn)行模式主要用