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均充,浮充,恒流充电,恒压充电,涓流充电:到底该怎么充?

2019-01-08 10:52 来源:互联网 编辑:Angelina

“均充,浮充,恒流充电,恒压充电,涓流充电”关于充电的这些名词,小编一直傻傻分不清楚,对于充电过程的真相,也一直有诸多迷惑:

1)均充和浮充,恒流充电和恒压充电,还有涓流充电,这些个说法到底什么含义?

2)不同的锂电池充电特性是否一样?

3)恒流充电阶段结束时SOC到底能达到多少?

4)给单个电芯充电与给电池组充电的特性是否一致?

5)充电过程中电压和电流的大小对电池寿命的影响是否有准确的量化?

6)充电策略完全是由BMS决定的? 充电桩控制器能改变充电策略吗?

接下来我们带着这些问题,一起跟小编学习一下吧!

一、均充和浮充的定义

1)浮充电  floating charge

在正常运行时,充电装置承担经常负荷,同时向蓄电池组补充充电,以补充蓄电池的自放电,使蓄电池以满容量的状态处于备用。

2)均衡充电 equalizing charge

为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象,使其恢复到规定的范围内而进行的充电,以及大容量放电后的补充充电,通称为均衡充电。

说了也白说。 标准就不能写得接地气一点吗? 这样的官方定义似是而非。我想上面的微信聊天记录已经能够说明这两个名词的含义了。在网上找到有下面这段说法可以算是对均充和浮充的总结:

均充就是恒大电流充电,目的一是当蓄电池放电后,快速补充电能,二是当个别蓄电池电压有偏差,消除偏差,趋于平衡。所以也叫快充、强充。浮充就是恒压小电流充电,目的一是防止蓄电池自放电,二是增加充电深度,另外,均、浮充之间的转换是由监控模块自动控制的。蓄电池组均充就是采用恒流充电,充电快,持续时间短;浮充是对电池恒压充电,持续时间长,充电慢。

二、最常见的锂电池充电曲线

题外话:谈到专业术语、名词的定义,我最近读到一堆资料,发现“蓄电池”的定义本身也值得商讨。蓄电池是否包括锂电池?  在我习惯性的理解中,蓄电池是指传统的铅酸蓄电池。但是,有些文章中将蓄电池包括了铅酸电池和锂电池。

正是这些名词定义的不统一导致我们在看中文资料的时候常常一头雾水,因为很多文档讲到锂电池的充电,但并没有区分是针对哪种锂电池。

当前电动汽车中使用的“动力电池”主流是锂电池,部分微型车还在使用铅酸蓄电池。锂电池包括氧化钴锂、氧化镍锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等。动力电池主要是磷酸铁锂和三元锂。两者的主要区别是正极材料不一样,一个是磷酸铁锂,一个是镍钴锰酸锂三元材料按一定的配比配成的混合材料。两者的电压平台不一样,磷酸铁锂是3.2V左右,三元锂是3.6V左右。

最常见的锂电池充电曲线如下图所示,但是这些文档中都没有区分是哪种锂电池。

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在一篇文档中将充电过程分解为四个阶段:

阶段1:涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电(这句表达显然有点扯。整篇文章中没有说明是针对具体什么电池。),涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例,则涓流充电电流为100mA);

阶段2:恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V;


阶段3:恒压充电—— 当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA。);

阶段4:充电终止——有两种典型的充电终止方法:采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流,并在充电电流减小到0.02C至0.07C范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时,持续充电两个小时后终止充电过程。

上述四阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要2.5至3小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如如果电池温度超出指定窗口(通常为0℃至45℃),那么充电会暂停.充电结束后,如检测到电池电压低于3.89V将重新充电。

是否锂电池的充电基本上遵循上述过程?

需要注意的是,电池在恒电流充放电过程中,电压并不是不变的。

在恒流充电时,电压的变化为:上升、平稳、上升(上升到一定程度就不能再充了,再充就叫过充电可能会爆炸的)。就是说,在恒电流充电时,电压都有一个平稳的过程,而这一平稳值就是充放电平台。当然那个平稳值可不是绝对的水平,不过是越水平越好,并且持续时间越长越好。因为用电池就是要用那段电压平稳的时期,而不是用电压不断变化的时期。一般来说,标称电压是平台电压的中心电压,在此电压附近,充电和放电时电压变化都很慢。例如:标称3.7V的锂电的平台电压在3.7V左右,标称3.2V的铁锂电池的平台电压在3.2V左右。

三、恒流充电阶段结束时的SOC状态

我一直想搞明白在恒流充电结束时,SOC达到了多少? 在网上没有找到这方面的实验数据。只是在TI的一篇文档《Selecting the right charge managementSolution》中提到这么一句:“This stage of chargetypically replenishes up to 70% of the capacity.” 这个状态结束时的SOC只有70%?  但是,这句话的书面意思是,在一个完整的充电过程中,恒流阶段充电的容量占总容量的70%。 这和SOC不是一个含义?

实际充电中,不同车型的数据不一样,但没有找到完整的多种样本的可信数据。

以我想当然的理解,直流充电桩给电动公交大巴充电通常是“补电”方式,充电一会儿车子就开走了,这个阶段一般是恒流充电,快速地将电池充到SOC 90%以上的状态,等不及进入恒压模式,公交大巴就开走了。 问题是:这样的充电方式容易造成电池的极化现象吗? 电池的寿命受到影响吗?或者说,深度充放电和“补电式”的“浅度”充放电,哪种对电池寿命影响大?

四、一个有意思的说法:区分电芯充电过程和电池组充电过程

Wiki网页上引用的文献中提出,给单个的电芯充电和给完整的电池充电是有差别的。给单个的电芯充电主要包括两个阶段,恒流(CC)-恒压(CV)。给完整的电池充电主要包括三个阶段: 恒流-均衡(电池已经均衡就无需这一步)-恒压。

Wiki网页上对均衡阶段的解释是:减小充电电流,或者周期性地“开通和关断”充电电流以减小平均电流,通过均衡电路使得每个电芯达到相同的水平,直到达到均衡状态。这个说法是否在商用中采纳?

快速充电是近年来3C领域的研究热点。在动力电池的快速充电方面的研究,也方兴未艾。脉冲充电法是一种快速充电方法,有点意思。摘录其工作原理如下:

脉冲充电法是采用脉冲形式的电流对电池进行充电,通过调整脉冲幅值和脉冲占空比来控制电池的充入电量和间歇时间,其充电曲线如下所示。采用脉冲充电法给电池充电,首先以一个高幅值大电流恒流充电一段时间,使蓄电池的容量在短时间内迅速上升,然后短暂的停止充电,其目的是消除电池极化现象,再接着不断重复前面的操作,直至电池充满电。采用脉冲充电法,能够有效的去除极化,减轻蓄电池的内压,减少蓄电池的析气量,提高蓄电池的充电速率。但它的能量转换效率低,出气率高容易使活性物质脱落,从而影响电池的使用寿命,并且此方法尚处于研究阶段,因此尚未得到广泛的推广使用。

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简言之,充电策略的研究需要在充电效率,电池容量,电池循环寿命,充电安全性等方面找到一个平衡点。因为变量比较多,扯淡忽悠的概念会一直存在。除了材料科学本身的进步,需要材料科学和电力电子科学的跨界研究。加强对充电过程的研究还是必要的。

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