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文档简介
1、对比锂电池和镍氢电池的充电技术在进行锂电池和镍氢电池的充电技术问题之前,先交代一个充电速率的概念,它用字母C表示,C定义了1.0小时的充电电池容量。例如,在进行锂电池和镍氢电池的充电技术问题之前,先交代一个充电速率的概念,它用字母“C”表示,“C”定义了1.0小时的充电电池容量。例如,一个额定值为800mAh(毫安时)的电池可以用0.5C充电,因而使电池完全充电需要以400mA充电电流充电理论上应是2个小时。所谓充电技术的控制实际上就是对电压和电流的判断能力与处理能力。 单体镍氢电池的额定电压为1.2 V/节,常说的1.2v充电电池就
2、是指这种单体镍氢电池,应该用高达1.5-1.6 V/节的电压充电。要决定何时中断充电有几种不同技术可以采用,目前的几种技术包括:峰值电压检测、负电压、温度(dT/dt)、温度阈值和定时器,具体怎么工作这里不再描述,可以“百度”出来。需要指出的是,高端充电器有可能把这些技术集成在同一个镍氢电池充电器当中。峰值电压检测电路,可在预定峰值终止充电,其预定峰值电压为1.5 V/节,可将电池充电至约97的程度。 锂离子电池的充电原理和镍氢电池不同,常用的充电方法是在0.5C到1C条件下通过涓流充电将电池充电至4.2 V/节。在充电过程中,锂离子
3、电池的温升应保持在低于5,较高的温升表明可能会引发自燃。涓充部分的充电周期电池温升最大,最有可能自燃。因为锂电池充电过程中,电流和电压有阶段性的变化,锂电池充电器通常都是智能充电器,可以实时监视和控制锂离子电池的充电过程。锂电池在恒流阶段一般以快充方式将锂电池电压提高到4.2 V/节,此后则采用恒压涓流充电,如果不使用涓流充电,锂电池将只能充电到约85的程度,这比镍氢电池的电压要低。电池分类电池的分类有不同的方法,其分类方法大体上可分为三大类 第一类:按电解液种类划分包括:碱性电池,电解质主要以氢氧化钾火溶液为主的电池:如:碱性锌锰电池(俗称碱锰电池或碱性电池)、镉镍电池,镍氢电池等。酸性电池
4、,主要以硫酸水溶液为介质,如锌锰干电池(有的消费者也称之为酸性电池)、海水电池等;有机电解液电池,主要以有机溶液为介质的电池,如锂电池、锂离子电池等。 第二类:按工作性质和贮存方式划分包括:一次电池,又称原电池,即不能再充电的电池,如锌锰干电池,锂原电池等;二次电池,即可充电池,如镍氢电池、锂离电池、镉镍电池等;蓄电池习惯上指铅酸蓄电池,也是二次电池;燃料电池,即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池,如氢氧燃料电池等;贮备电池,即电池贮存时不直接接触电解液,直到电池使用时,才加入电解液,如镁化银电池又称海水电池等。 第三类:按电池所用正、负极材料划分包括:锌系列电池,如锌锰电池、锌银
5、电池等;镍系列电池,如镉镍电池、氢镍电池等:铅系列电池,如铅酸电池等;锂离子电池、锂锰电池;二氧化锰系列电池,如锌锰电池、碱锰电池等;空气(氧气)系列电池,如锌空电池等。目前电动汽车用动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容及燃料电池8电动汽车电池的现状及发展趋势_宋永华,阳岳希,胡泽春介绍了3 种电动汽车动力电池(铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池)1)铅酸电池。 铅酸电池虽便宜,并在叉车、观光车或者短途公共汽车上作为动力源应用,但新一代铅酸电池的比能量和循环次数仍存在严重的限制。未来使用铅酸电池来驱动在高速公路上行驶的电动汽车是不实际的,但价格优势使其在轻度混合或者短途行驶的电动
6、汽车(如观光车)中仍占一席之地。然而,文献35指出近期美国的“下一代电池和电动车”中有一种超级电池(ultra battery)是超级电容器与铅酸电池的并联使用。这种电池具有双电层电容器的高比功率、长寿命以及铅酸电池价格便宜的优势,将具有市场竞争力。 2)镍氢电池镍氢电池虽然具有较高的比能量和比功率等优点;但由于需要大量使用镍和钴其成本较高,镍钴的稀缺性会导致其大批生产和使用时价格反而会上涨。目前,它仍然大量地应用于混合动力车,随着锂离子电池的大规模生产和成本的降低,镍氢电池终将退出。例如,日本丰田汽车公司宣布最新一代Prius 不再使用镍氢电池而使用锂离子电池。镍氢电池是电动汽车过渡阶段使用
7、的电池,但在近期和中期仍然是非常关键的动力电池之一。 3)锂离子电池。 目前市场上的电池中,锂离子电池(锂离子电池和锂高聚合物电池)的性能最好,同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的46倍,是镍氢电池的23倍。价格和大功率锂离子电池的安全性是它的最主要缺点28。2007年镍氢电池的价格约为1 500 USD/kW·h,锂离子电池价格为 7501 000 USD/ kW·h32;因此价格劣势主要是相对铅酸蓄电池等而言。锂离子电池的主要原材料为锂,我国的锂矿资源丰富,已探明的锂总储量居世界第 2;锂离子也存在于海水中,未来可利用太阳能从海水中提取。此外,锂离子电池具有循环使用的潜
8、力,可解决对原材料的需求问题36。最终锂离子电池的价格在大规模商业化之后会下降。 目前我国纯电动汽车的研发主要集中在整车总布置、系统集成控制、电机及其控制器,电池及其管理等方面。纯电动客车的研发首推北京理工大学科研团队,其开发的动力系统在国内行业处于领先地位 ;纯电动乘用车有多家企业单位进行了研发工作,如比亚迪、东风、时风等.充电技术研究。充电技术研究包括充电机技术和充电监控技术。充电机技术研究主要是通过研究充电过程对电池使用寿命、温度、安全性等方面的影响,选择合理的拓扑结构,采取合适的充电方式,实现充电过程的动态优化及智能化控制,从而实现最优充电。研究充电监控技术,需要规范充电机和充电站监控
9、系统之间的通信协议,实现对多台充电机状态和充电过程的实时监控,并使其具有和上级其它监控系统、运营收费系统通信的功能。Altair纳米技术公司为电动汽车开发的锂离子电池可以极快的速度的充电,容量高达35千瓦时的电池可以在10分钟之内充电完毕,安装这种电池的载人小汽车可以续航160公里。 10分钟之内把35KWh的电池充电完毕需要250Kw的充电功率,这是一栋办公大楼最大用电负荷的五倍。 麻省理工学院研究人员发明了一项充电材料表面处理技术,利用这种新技术制造的手机电池可以在10秒钟内完成充电,汽车电池可在5分钟内充好电。一块锂电池完成充电一般需要6分钟或更长的时间。但传统的磷酸铁锂材料在经过表面处
10、理生成纳米级沟槽后,可将电池的充电速度提升36倍(仅为10秒)。 麻省理工学院说,由于这项技术不需要新材料,只是改变制造电池的方法,所以用两年到三年时间就可以将这项技术市场化。 据索尼官方新闻稿表示,索尼已经开发出了一种快速充电锂电池,仅需半个小时就能让电池充电99%。功率可达1800W/kg,并可延长2000次循环充放电寿命。 这种电池采用磷酸铁锂作为阴极材料,以增强阴极的晶体结构并能保证其高温状态下的稳定性。通过与索尼新设计的粒子技术阳极材料组合,该电池可以有效降低电阻,并提高输出功率。常用电池充电方法:恒流限压,恒压限流、三段法、脉冲电流充电、正负脉冲充电法(反射式充电)、变电压/变电流
11、间歇充电法 正负脉冲充电法在一个工作周期内包括正向电流脉冲充电、负向电流脉冲放电、停充维持三个阶段。这种充电方式比较适用于铅酸电池和镍氢电池。铅酸、镍氢镍镉可以用正负脉冲充电器,充电时消除极化产气,对电池有好处;锂电池电解质是有机溶剂或者聚合物,且正负脉冲会产生枝晶,作用机理是充电使活性物质表面变粗糙,长期积累就成了枝晶。使电池容量降低,甚至刺穿隔膜引起短路发热。所以,锂电池,一是不需要正负脉冲充电,二是不宜用正负脉冲充电方式锂电池恒流充电与脉冲电流充电方式比较:锂电池的标准充电方式是CCCV,前期恒流后期恒压,也就是你说的恒流,不过恒流充电相对于脉冲来说,速度慢点,一般常见的充电器都是CCC
12、V方式,诺基亚手机和座充与1879芯片都是脉冲方式,速度比较快说实话两者没有好与坏的区别,只是适用范围,充电的机制的不同,CCCV是标准方式,脉冲是更新一点的充电方式,CCCV充电时不需要太注意电池容量的选择,保证在速率1C之内就可以了,但是脉冲就不一样了,因为脉冲的充电电流时波动的,充小电池或者容量下降的电池,最大电流可能超过1C,甚至更多导致电池发热。对于旧电池,CCCV方式充满后容易掉电压,而脉冲的要好一点,速度上要快一点,但是对于内阻大的电池有发热的可能,自己选择吧其实锂电的寿命更多的取决于,充电的截止电压和放电的截止电压间歇充电法:间歇充电法就是在充电后期形成充电-停充交替进行的充电
13、方法。当外部电路对磷酸铁锂电池充电时,电池内部的离子产生需要有一定的响应时间,如果持续不断的对它进行充电,会降低电荷对电的接受率。在充电后期(当充电电流为恒流电流的1/3时),加入一个关断(停充)的时间(2至3分钟),就可以让电池两极产生的离子有一个扩散的过程,使得电池有了一个“消化”的时间,这会使电池电荷接受率大大提高,也可使已经充满的电池通过保护电路放电。实践证明用此方法充电无论对单节电池还是串联电池效果都很好 磷酸铁锂电池充电方案充电方法优点缺点恒压充电充电过程接近与最佳充电曲线,避免了电池过充,控制装置简单充电初期电流过大,对电池寿命有影响,且容易使电池极板弯曲恒流充电可以任意选择和调
14、整充电电流,适应性较强,特别适合于小电流长时间充电初始充电电流过小,充电后期电流又过大,充电时间长,能耗较高,效率较低脉冲式充电充电过程发热少,可快速充电快速充电的能量转换效率低,易造成极板物质脱落而恒压恒流充电方式结合了恒流充电和恒压充电的优点,控制简单,是一种较理想的电池充电方式。这样充电初期电流不会太大,充电后期使用恒压充电,使充电过程接近最佳充电曲线。锂电池快充相关1. _快充_革命_从恒通兴起_顾建国恒通电动客车,可高倍率充放电的长寿命钛酸锂电池,充电方法:电池受到管理系统对温度的检测与管理,自动将充电电流控制在符合电池温度要求的范围内,即使采用大电流充电,也可以避免电池温度过高。恒
15、通电动的快速充电模式,充电过程中的充电电流,完全受控于来自汽车的CAN总线信号,即:一边监视电池状况,一边实时控制充电电流的大小,完全实现了快速、安全充电所必备的各项功能。(大电流充电)10分钟 2、恒通电动快速充电插电式混合动力技术路线使用多元复合锂电池,相比第一代快充电池,多元复合锂电池在保证更高能量密度、实现更长续航里程的同时,仍具备快速充电、超长使用寿命的特点,万次循环使用寿命可以与车辆同寿命,降低了车辆后期的维护成本。相比传统的磷酸锂电池组,采用可以快充的多元复合锂电池技术,电池组重量可减轻40%,提高了安全性,增大了载客容量。多元复合锂电池产品的推出,弥补了磷酸铁锂电池能量密度不高
16、与能量型磷酸铁锂不能快充的缺点,为电动车产品真正达到公交运营的实际需求提供了革新性、更可行、更经济的解决方案。3、纳米碳锂电池“青年”纯电动公交4、纯电动公交车如何实现全天不间断运解密微宏动力第二代快速充电锂电池微宏动力快充:第一代钛酸锂电池,第二代多元复合锂电池多元复合锂电池的电芯在6C倍率充放下的常温循环寿命仍超过10,000次,是国际最好的磷酸铁锂电池产品的两倍。成组后4C的充电倍率意味着在15分钟内即可将电池组充满电。与此同时,重量能量密度也达到了120Wh/kg,超过了钛酸锂以及磷酸铁锂电池。多元复合锂电池在低温下(零下20摄氏度)的放电容量能够达到常温状态下的78%,具备良好的低温
17、性能。此产品的推出,正好弥补了目前国内两大主流锂电池产品快充系钛酸锂能量密度不高,能量系磷酸铁锂、三元电池不能快充的缺点。为纯电动车产品真正达到公交运营的实际需求提供了革新性、更可行、更经济的解决方案。现在的技术发展方向是,要么往高能量密度那边走,要么往快充这边走。微宏选择了快充。高能量密度和快充这两者结合的时代还比较远。在大家都在做磷酸铁锂电池和三元聚合物锂电池的时候,微宏选了一个相反的方向把能量密度往下降,但是带来一个好处,可以快充,寿命长。公交车短途往返的特点正好适用。区别于磷酸铁锂需背全天所需电池、钛酸锂需频繁进站充电的方案。采用多元复合锂电池只需载半天运营所需电池,上午运营结束后,午
18、间15分钟快速补电一次即可满足全天满勤运营。7、福田公司磷酸铁锂电池(快充3060分钟)8、尊重消费者使用习惯破题新能源车发展困境9、锂电池充电技术综述_何秋生锂电池的充电方法有很多种,按充电效率可分为常规充电和快速充电。其中常规充电方法包括:恒流充电、恒压充电、阶段充电和间歇充电,而快速充电包括脉冲充电和 Reflex 充电,最后还对智能充电进行了分析。优点缺点应用场合恒流充电控制简单锂电池的可接受充电的能力会随着充电的进行逐渐降低,在充电后期过大的充电电流会使电池内部产生气泡,对电池造成损坏适用于对多个电池串联的电池组进行充电,常常是作为阶段充电中的一个环节。恒压充电充电过程更加接近最佳充
19、电曲线,控制简单、成本低充电时间较长,并且在充电初期电池充电电流过大,直接影响锂电池的寿命和使用质量很少单独使用,只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如,汽车运行过程中,蓄电池就是以恒压充电法充电的恒流恒压充电避免了恒压充电开始时充电电流过大的问题,又克服了恒流充电后期容易出现过充的现象,结构简单,成本较低不能消除电池充电时的极化现象,产生析气量,影响充电效果,广泛使用脉冲充电能以较大的电流充电,充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小需要一个有限流功能的电源,这增加了脉冲充电方式的成本;前期的恒流充电电流一般较小,速度仍然较慢变电流间歇充电无大量析气,能量效率高,充电速度较快电路比较复杂
20、、造价高;充电后期采用的恒压充电速度较慢大功率快充时考虑变电压间歇充电由于电压恒定,充电电流自然按照指数规律下降,符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点Reflex 快速充电法(反射充电方法)很大的程度上解决了电池极化现象,加快了充电速度反向放电会缩短锂电池寿命智能充电法电池能在很少析气的状态下快速将电充满,电压变化平稳,充电时间短电池在使用一段时间以后,可接受的理想充电曲线会发生变化,其充电参数也需要调整;对于算法的设计和测量精度要求较高应用较为广泛14、锂电池最新研究进展_曹金亮锂电池广泛采用的充电方式为恒流恒压充电方式,围绕最佳充电曲线还设计了很多其他快速充电方法,如:脉冲式充电法、ReflexTM 快速充电法、变电流间歇式充电法、变电压间歇充电法、变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法。15、纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究_李哲16、电动汽车动力电池的充电方法的研究_李琳根据充电机的性能,本课
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