隨著全球氣候惡化, 全人類在討論如何應(yīng)對氣候變化, 節(jié)能減排、尋找新能源是減少環(huán)境破壞的重要途徑. 目前全球汽車保有量已達(dá)10 億, 汽車尾氣是加劇環(huán)境惡化的重要因素, 為此, 許多企業(yè)機(jī)構(gòu)正在研發(fā)無污染的電動汽車, 而電動汽車動力電池是其中最核心的部分, 是重點研究的方向。

目前, 大多數(shù)電動汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)均采用鋰離子電池組作為其動力電池. 鋰離子電池有很多優(yōu)點, 與傳統(tǒng)的鎳鎘、鎳氫電池相比, 鋰離子電池體積小、重量輕、工作電壓高、容量大, 鋰離子電池的能量密度很高, 它的容量是同重量的鎳氫電池的1. 5~ 2 倍, 而且具有很低的自放電率, 另外, 鋰離子電池幾乎沒有“記憶效應(yīng)”, 不含鉛、鎘等有毒物質(zhì), 因此成為電動車用電池的首選。

大功率的電動汽車所使用的鋰離子電池組是由多節(jié)單體鋰離子電池串聯(lián), 以獲得較高的輸出電壓, 但是, 鋰離子電池組和單體鋰離子電池這二者在使用上是有很大區(qū)別的. 在電池組中, 各單體鋰離子電池在生產(chǎn)制造中必然存在個體差異, 在使用中老化程度也不一樣, 若不在充電過程中采取措施, 這種差異將被累積甚至擴(kuò)大, 導(dǎo)致整個電池組的性能大打折扣或電池組壽命嚴(yán)重縮短. 另外, 由于電池組容量較大, 采用傳統(tǒng)的充電方式效率低, 充電時間長, 嚴(yán)重阻礙了電動汽車的推廣。

因此, 快速有效安全可靠的充電系統(tǒng)是目前電動汽車行業(yè)重點研發(fā)的技術(shù)。

1 傳統(tǒng)鋰離子電池充電方式研究

不同的充電方式是影響單體鋰離子電池性能和使用壽命的重要因素. 合適的充電方式不僅能夠最大限度的發(fā)揮電池的容量, 而且可以延長電池的使用壽命. 這種影響主要體現(xiàn)在三個方面:

(1) 電壓的影響. 一方面, 在充電過程中要嚴(yán)格控制電池電壓不能超過充電限制電壓, 超過充電限制電壓稱為過充, 輕微過充多次會導(dǎo)致電池容量減小, 電池發(fā)生變形, 過充嚴(yán)重時會直接導(dǎo)致電池發(fā)生爆炸. 另一方面, 在充電結(jié)束后, 應(yīng)使電池電壓盡量接近滿充電壓, 否則會導(dǎo)致電池容量大大降低。

(2) 電流的影響. 鋰離子電池可接受的充電電流是有限的, 若充電電流高于這個上限值, 會造成電池中電解液發(fā)生析氣反應(yīng), 大量發(fā)熱, 使電池溫度急劇上升。

(3) 溫度的影響. 鋰離子電池溫度過高, 會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生一系列反應(yīng), 電池可能爆炸, 因此在充電過程中, 要及時監(jiān)測電池溫度情況并對其加以控制。

選擇合適的充電方法可以提高充電效率, 延長使用壽命. 鋰離子電池的充電方法有很多種, 常用的充電方法有恒定電流充電法、恒定電壓充電法、恒流/ 恒壓充電法、變流充電法、脈沖充電法、間歇充電法等。

1.1 恒定電壓充電法

恒定電壓充電法是指在充電過程中以恒定電壓對電池進(jìn)行充電. 在這個過程中, 充電電流滿足公式: I =(U – E)/R(式中: I 為充電電流, U 為充電電壓, E 為電池電壓, R 為充電回路電阻)。

在充電初期, 由于電池電勢較低, 因此充電電流較大, 隨著充電過程的進(jìn)行, 電池電勢逐漸升高, 充電電流逐漸減小. 恒壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,而且充電電流比較接近可接受充電電流, 具有一定的自適應(yīng)性, 但在充電初期電流比較大, 有可能造成電池溫度上升過快, 對電池帶來不利影響。

1.2 恒定電流充電法

恒定電流充電法是指在充電過程中全程以恒定不變電流進(jìn)行充電. 鋰離子電池的充電可接受電流隨著充電時間呈指數(shù)規(guī)律下降, 而充電電流保持不變, 若充電電流較大, 在恒流充電后期可能出現(xiàn)充電電流超過可接受電流而導(dǎo)致電池電解液發(fā)生析氣反應(yīng), 但若充電電流太小, 就會延長充電時間, 降低充電效率。