!锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究

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1、!锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究第1期2013年1月电源学报JournalofPowerSupplyNo.1Jan.2013锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究马进红，王正仕,苏秀蓉(浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要：针对大容量锂离子动力电池充电过程要快速高效同时保证电池寿命的要求，提出将大电流脉冲充电作为锂离子动力电池的快速充电方式。通过对电池大电流脉冲充电过程的大量试验，将其充电效果和恒流充电方式进行比较，证实了大电流脉冲充电是一种能有效减小极化现象、高效快速的充电方式。同时试验了不同脉冲时间

2、、不同充电电流对脉冲充电效果的影响，得出最佳脉冲充电参数。关键词：锂离子电池；脉冲充电；大电流；快速充电中图分类号：TM464文献标志码：A文章编号：2095-2805（2013）01-0030-05引言随着电动汽车等大功率蓄电池供电设备的发展，大容量动力电池的需求日益增加。传统的铅酸蓄电池有寿命短、重量和尺寸大等缺点，———————————————————————————————————————————————与之相比锂离子电池有更高的能量密度、更长的使用寿命、质量轻、无污染，因此得到了广泛的应用[1]。蓄电池的充电

3、方式与电池的循环寿命、充电效率有着直接的联系，对于大容量蓄电池通常我们希望充电时间尽量短、效率尽量高，同时对电池的损害尽量小。要减少充电时间，必须提高充电电流，但蓄电池可接受的持续最大充电电流有限，传统充电方式无法大幅提高充电电流。已经证实，脉冲充电能在保证充电效率前提下，提高铅酸蓄电池的充电效率[2]，但对于大容量锂离子电池的充电效果缺乏实验依据，特别是大电流（电流1C以上，C为电池额定容量数值）充电条件下的电池特性。本文通过大量实验，对大容量锂离子电池的大电流脉冲充电特性进行了研究。1.1锂离子电池充电特点锂离子电

4、池相对于目前常用的铅酸蓄电池有诸多优点，但其对充电环境的要求也比较严格。（1）锂离子电池耐过充的能力极其有限[3]。如果充电电压超过其充电截止电压，电池电压将持续升高，负极将析出固态金属锂，从而导致电池容量不可逆的物理性减小，持续过充甚至可能发生爆炸。（2）锂离子电池可承受的持续最大充电电流有限。蓄电池最大充电电流与时间的关系如图1，由于蓄电池极化现象的存在，随着充电时间的增加，蓄电池可接受的最大充电电流减小。持续大电流充电条件下，正负极离子浓度升高，极化加剧，电池端电压将很快达到充——————————————————

5、—————————————————————————————电截止电压导致无法继续充电。同时大电流充电下电池温度会过高，对电池安全性产生影响。1.2传统充电方式蓄电池传统的充电方式有很多，常用的方式有恒压、恒流、两段式恒流恒压、三段式恒流恒压浮充等方式。1锂离子电池充电方式概述收稿日期：2012-11-14作者简介：马进红(1985~)，男，湖北人，硕士研究生，研究方向为动力电池电源管理。Email:majh@zju.edu.cn。通信作者：王正仕(1965~)，男，博士，副教授。Email:wzs@zju.edu.cn

6、。第1期马进红，等：锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究31形式在正脉冲之后加入一段放电脉冲，如图3。短暂的充电停止时间和放电脉冲能有效减少或消除极化现象，从而能够用较大的电流给蓄电池充电，提高充电速度。恒压充电：恒压充电的电压电流曲线如图2所示，充电过程中保持充电电压恒定，充电电流不断下降。恒压充电方式结构简单，容易实现，缺点是充电速度慢，在充电初期的充电电流过大，对电池寿命影响很大。恒流充电：整个充电过程电流恒定。根据图1———————————————————————————————————————————————

7、，电池在充电后期的电流会超过其最大充电电流，导致电池无法充满，电池温度上升过快，影响电池寿命。两段式恒流恒压与三段式恒流恒压浮充方式：这是目前使用最普遍的充电方式，恒流阶段电流保持恒定，电池端电压持续上升；当端电压上升到充电截止电压时改为恒压充电，保持电池端电压恒定，充电电流不断减小；当电流减小到一定值时，如果还有浮充阶段，则提供一个很小的浮充电流，以弥补蓄电池的内部损耗使其保持在充满状态。以上传统充电方式应用广泛，但它们共同的缺点是充电速度比较慢，充电电流受限于图1所示的最大充电电流。随着大容量动力电池的日益普及，寻

8、求高效安全的快速充电方式变得非常必要。为研究脉冲充电电流、正负脉冲充电时间、停止充电时间对锂离子电池充电效果的影响，本文选取正负脉冲充电方式作为测试方法，使用的主要测试器材：（1）LT-40Ah，3V锂离子电池；（2）WWL-PS型直流稳压开关电源（0~15V，(b)正负脉冲充电形式图3脉冲充电方式的充电电流波形(a)正脉冲充电形