电动汽车用锂离子电池充电方法

电动汽车用锂离子电池充电方法

1.锂离子动力电池充电工艺近年来，随着离子电池研究水平的提高和制造技术的不断创新，离子电池的广泛应用越来越广泛。作为一种化学品能源能源形式，阴离子电池具有能耗高、循环寿命长、无记忆效果和安全性等优点。由于它日益缺水，煤炭、石油、天然气等不可能耗能源正在逐渐恶化。据推测，它可以被视为未来使用的主要新能源之一。特别是在电动汽车、混合电动汽车及其相关领域的研究和应用中迅速发展。与此同时,锂离子电池的快速充放电问题也越来越受到人们关注。如何设计出一种安全、快速、有效率的充电方式,也是锂离子动力电池应用于电动汽车行业研究的热潮,目前国内生产锂离子动力电池的厂家非常多,虽然每种不同的电池都有各自的充电策略,但普遍使用的充电方式为CCCV(即恒流恒压充电),恒流充电的电流若过大,虽然节省了时间但同时可能会导致电池内部过热,电池过充等问题,恒流充电选取的电流若过小,虽然保护了电池,但会严重降低充电效率,所以选取一个合适的充电电流值,在保证电池寿命及安全的前提下,最大的提高充电效率及能量的利用率就显得十分必要。本文以磷酸亚铁锂电池作为充放电的测试对象,采用美国AV(AeroVironment)公司生产的MT-30电池测试设备以及SmartGuard采集器,以恒流恒压充电方式测试单体电池在不同倍率充电电流下的能量往返效率、充电时间,综合评价不同倍率充电的优缺点。2.电池充放电性能测试本次试验以中航锂电生产的SE180AH磷酸铁锂蓄电池为研究对象,为排除电池差异所引起的影响,选取同一批次一致性相对较好的3块电池进行试验,将电池编号为141,142,143,如图1所示:针对本次实验的180AH磷酸铁锂动力电池的特性,进行了五种倍率下的充电电流测试,分别为0.3C、0.4C、0.6C、0.8C、1C。对不同倍率充电的容量测试均以0.3C放电电流测试,此项测试容量方法根据ISOWD-12405-2标准第7.1章的方法进行测试。在测试每一种充电倍率能量往返效率前均需要进行标准循环,目的就是为了保证每次测试电池的初始条件一致性。本次试验采用了美国AV公司的MT-30电池测试设备,smartgard采集器来实现电池的充放电和电压采集,以及电池充放电曲线绘制。实验操作及数据记录都由相应软件来完成,消除由于人为原因对试验数据造成的影响。3.高热值交变热风试验由于锂离子电池受温度影响内部化学性质会发生细微变化,所以本次实验采用密闭式恒温环境测试,所有被测样品都放置温度恒定的高低温交变湿热试验箱内,试验箱内温度保持在室温RT(25±0.5℃)。试验环境如图2所示。试验环境内只允许锂离子电池存在,其他测试设备均通过导线引出。在不同倍率电流充放电过程中(包括静置时间),锂离子电池不得移出密闭环境。4.放电测试结果试验测试序列如表1所示。每次充电之前均需要使锂离子电池达到热平衡状态,并遵循ISOWD12405-2标准的第6.2章进行标准充电,标准循环和标准放电试验,步骤5中恒流充电的截止条件为单体电压达到3.6V,步骤6中恒压充电截止条件为充电电流降至0.02C(3.6A),步骤8中C/3恒流放电的截止电压为2.0V,在步骤5至步骤8的测试过程中要记录的数据有:(1)每次放电试验以及下一步的充电试验过程中,充放电的电流、电池的电压、电池极柱的温度和环境温度对时间的变化。(2)电池放电测试后的终端截止电压(EODV)。通过计算得到的数据有:(1)每次放电试验的放电容量(Ah),能量(E)。(2)每次放电试验后的充电容量(Ah),能量(E)。(3)每次放电-不同倍率充电试验的能量往返效率。恒流充电能量记为E1,恒压充电能量记为E2,C/3放电能量记为E3,则能量效率可由以下公式得出:如图3所示为一个标准CCCV(恒流恒压)充电电压特性曲线图,图4为充电电流特性曲线。其中0至t1阶段为恒流充电阶段,t1至t2阶段为恒压充电阶段,恒流充电能量E1可由以下公式求出。恒压充电能量E2可由以下公式求出。由于放电电流恒定,假设U’(t)为放电电压曲线,放电电流为I’,C/3放电能量可由以下公式求出。其中t’为放电持续的时间,测试三块电池的充放电能量数据如表2-4所示。测试过程中记录的部分充放电阶段电压、电流对时间曲线图(以编号141号电池0.3C充放电图形为例)如图5、6所示。由于图形较多,不一一列述,从得到的数据中可以看出充电倍率越大恒流充电时间越短,但其能量往返的效率越低,0.3C的充电电流曲线如图7所示:从图7可以看出恒流转恒压充电时电流先是存在一个瞬时下降,然后回升,在趋于平缓下降,直到电流降至0.02C时充电结束。5.不同充电时间的电池的热性能为了验证180AH磷酸铁锂在不同充电倍率下的能量往返效率,我们通过0.3C至1C的充电电流实验可以得出,充电电流在0.3C时能量往返率最高,但是充电时间很长,相比之下1C时的能量往返率只比0.3C低了近约2%,而充电时间却减少约100min,时间效率提高了一倍,电池的