蓄电池组充放电技术浅析

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1、蓄电池组充放电技术浅析　　摘要:蓄电池组有区别于单体电池的额外特性,基于目前电池设计与制造技术水平,单体之间的性能差异在其整个生命周期里客观存在,要想避免单体由于过充、过放导致提前失效,使电池组的功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平,对蓄电池组充放电实现科学管理是必由之路。　　关键词:蓄电池组;充放电技术　　　　蓄电池组的使用寿命受多种因素影响,如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以下,可以推断都是由于使用技术不当造成的,首要原因当推过充和过放导致单体电池提前失效。　　　　1、动力电池组充放电特性　　　　以单体电池为动力源如移动通讯,电源管理技术已经十分完善,但在蓄电池组中,单体之间的差

2、异总是存在的,以容量为例,其差异性永不会趋于消失,而是逐步恶化的。组中流过同样电流,相对而言,容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于容量衰减缓慢、寿命延长,而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命缩短,两者之间性能参数差异越来越大,形成正反馈特性,小容量提前失效,组寿命缩短。　　　　2、蓄电池组的充电过程　　　　2.1、充电　　目前充电主要是限压限流法,初期恒流(CC)充电,电池接受能力最强,主要为吸热反应,但温度过低时,材料活性降低,可能提前进入恒流阶段,因此在北方冬天低温时,充电前把电池预热可以改善充电效果。随着充电过程不断进行,极化作用加强,温升加剧,伴随析气,电极过电位

3、增高,电压上升,当荷电达到约70~80%时,电压达到最高充电限制电压,转入恒压(CV)阶段。理论上并不存在客观的过充电压阈值,若理解为析气、升温就意味着过充,则在恒流阶段末期总是发生不同程度的过充,温升达到40~50摄氏度,壳体形变容易感测,部分逸出气体还可以复合,另一些就作为不可逆反应的结果,损失了容量,这可以看作电流强度超出电池接受能力。在恒压阶段,有称涓流充电,大约花费30%的时间充入10%的电量,电流强度减小,析气、温升不再增加,并反方向变化。　　2.2过充电　　上述过程考虑电池组总电压或平均电压控制,其实总有单体电压较高者,相对组内其它电池已经进入过充电阶段。过充电时,若在恒流阶段

4、发生,由于电流强度大,电压、温升、内压持续升高,若继续过充,气阀打开、温升继续升高、不可逆反应加剧。恒压阶段,电流强度较小,过充症状不如恒流阶段显著。只要温升、内压过高,就伴随副反应,电池容量就会减少,而副反应具有惯性,发展到一定程度,可能在充电中也可能在充电结束后的短时间里使电池内部物质燃烧,导致电池报废。过充电加速电池容量衰减、导致电池失效,百害而无一利。3、蓄电池组的放电过程　　　　3.1放电　　导线电阻和触点电阻,电压继续下降,经过一段时间以后,到达新的电化学平衡,进入放电平台期,电压变化不明显,放热反应加电阻释热使电池温升较高。放电电压曲线近似单体放电曲线,持续放电,电压曲线进入马

5、尾下降阶段,极化阻抗增大,输出效率降低,热耗增大,接近终止电压时停止放电。　　3.2过放电　　考虑组内单体电池,必有(下转66页)(上接65页)相对的过放电情况。在放电后期,电压接近马尾曲线,组中单体容量正态分布,电压分布很复杂,容量最小的单体电压跌落得也就最早、最快,若这时其它电池电压降低不是很明显,小容量单体电压跌落情况被掩盖,已经被过度放电。　　观察单体过放情况,进入马尾曲线以后,若电流持续较大,电压迅速降低,并很快反向,这时电池被反方向充电,或称被动放电,活性物质结构被破坏,另一种副反应很快发生,过一段时间,电池活性材料接近全部丧失,等效为一个无源电阻,电压为负值,数值上等于反充电流

6、在等效电阻上产生的压降,停止放电后,原电池电动势消失,电压不能恢复,因此,一次反充电足以使电池报废。　　　　4、先进的电池组使用方法　　　　过充过放对电池的损害都是致命的,不同之处仅在于过充产生大量气体、易自燃和爆炸、表象剧烈,过放外观变化和缓、但失效速度却极快,在正常使用中都应严格避免出现。　　鉴于相同原材料、同批次的单体电池,容量、内阻、寿命等性能参数符合正态分布并且离散程度有限;鉴于在相同的电流激励条件下,单体电池电压变化过程的一致性渐进逼近其它性能参数的一致性,其中最重要的参数是荷电程度;鉴于电池在未曾历经过过充、过放的损害,在其生命期里不容易提前失效,可以推断,如果在充放电过程中通

7、过能量变换的办法实施电池组中单体电压的均衡控制,使单体电压趋于一致,那么单体的相对荷电程度也趋于一致,可以实现同时充足电、也同时放空电,进而,电池组的寿命应接近于单体电池的平均寿命。