动力锂电池阶梯电流充电方法研究

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1、高技术通讯2013年第23卷第4期：430—435doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2013．04．015动力锂电池阶梯电流充电方法研究①张彩萍②刘秋降姜久春(北京交通大学电气工程学院北京100044)摘要基于恒流．恒压(CC—CV)充电模式，研究了动力锂离子电池充电的边界特性。采用极化电压、充电时间、充电容量作为电池充电性能的量化评价指标，提出了基于电池充电边界曲线的阶梯电流充电方法，对比分析了恒流阶段阶梯电流充电模式和恒压阶段阶梯电流充电模式的充电性能。结果表明，与CC．CV充电法相比，采用阶梯充电方法，其充电时间缩短

2、了28．83％，充电容量提高了3．32％，充电极化电压降低了34．65％。关键词动力锂电池，倍率充电，边界特性，阶梯电流充电模式充电曲线替换常规的恒压充电模式改进电池的充电0引言特性，该充电方法使锂离子电池的充电时间和充电我国鼓励发展新能源汽车的相关补贴政策促进效率分别提高了23％和1．6％。然而，上述方法计了电动汽车的发展¨3，电动汽车用高性能动力电池算量大、实现复杂，并且需要实时控制。还有一种方就显得特别急需。但是，目前动力锂电池充电技术法是阶梯电流充电法，该方法具有循环寿命长、充电依然是电池性能提高的瓶颈，也是锂电池电动汽车效率高、充电时间

3、短的优点。9’10j，而且便于工程应应用不能快速推广的原因之一。锂电池充电技术是用。本文以LiMn：0。动力电池为研究对象，基于极锂电池应用关键技术之一。锂电池充电技术研究是化电压特性和充电数据统计分析，分析了CC—CV充当前研究的热点，主要集中于锂离子电池充电速度电模式下，不同倍率充电的充电特性，研究了不同倍和充电寿命的研究。目前动力锂电池充电广泛采用率充电的充电边界曲线，在此基础上，研究了电池阶恒流恒压(constantcurrent-constantvoltage，CC-CV)梯电流充电方法，并从极化电压、充电时间、充电容模式，即恒流充电阶

4、段用0．33C恒定电流充电，当量三个方面全面评价电池的充电性能。电池端电压达到限定电压值时(通常LiMn：0。电池为4．2V)转入恒压充电阶段。恒压充电阶段通过降1实验平台电流充电保持电池端电压不变，直至充电电流降至预设值时充电结束。按此策略充电，电池一次满充实验采用额定容量90Ah的LiMn：0。电池，将要耗时3h以上。为此，研究人员提出了不同的改进电池放在恒温箱中，温度设定为25℃。充放电设备方法：文献[2]提出一种基于极化电压控制的快速采用美国Arbin动力电池测试系统，测试平台构成充电方法；针对电池充放电的非线性、多变量、强耦如图1所示。

5、电池放电截止电压为3V，充电截止电合性等特点，研究人员采用现代智能充电技术¨“，压为4．2V。由于电池在初始充电阶段，极化电压呈设计了稳态和动态性能合乎要求的控制器。文现上升快、幅值大的特点，有峰值出现，因此初始荷献[5．7]分别运用进化计算方法如遗传算法、蚁群算电状态(SOC)阶段，电池宜采用小电流预充电⋯o。法以及粒子群算法获得最优的充电参数，但用进化在本研究中，所有实验均采用0．33C充电至10％。计算方法时如何选择合适的参数如粒子数目以及学具体充放电实验包括：(1)不同充电倍率(0．33C，习因数给设计者带来了困难和挑战。文献[8]将锂0

6、．5C，0．65C，0．8C，1C)CC—CV充电实验；(2)恒流离子电池看作灰色系统，采用灰色预测算法估计的阶段采用1C充电，恒压阶段采用不同倍率充电①国家自然科学基金(51277010)资助项目。②女，1982年生，博士，讲师；研究方向：动力电池应用技术研究；联系人，E-mail：cpzharIg@bjtu．edu．ca(收稿日期：2012明．24)．—-——430·--——万方数据万方数据张彩萍等：动力锂电池阶梯电流充电方法研究(0．8C，0．65C，0．5C，0．33C)；(3)恒流阶段采用不同倍率(1c，0．8C，0．65C，0．5C，

7、0．33C)，恒压阶段采用0．33C充电。母蒙厂_溜瓣电压桑集感妙侨屯池{温度采集一■㈠l基i够_}

8、j电池A测rb试in设蠢}Io。⋯·’⋯．-‘l。『¨

9、j：“}I{琶至剽L-I-⋯r图1电池测试系统示意图2不同倍率充电边界曲线研究2．1基于一阶等效电路模型的恒极化分析极化电压依据产生原理不同可分为电化学极化【12’过电压和浓差极化u列过电压。极化电压受到温度、电池老化状态、充电倍率等因素的影响，具有影响因素众多、变化复杂的特点，并且具有滞后性。极化电压会影响电池充放电性能。极化大则电池充放电效率低、电池发热大，极化小则充电时间长、充电电流大

10、、电池极化大，因此极化是联系电池充电和电池性能的桥梁，合理控制电池极化水平是充电过程的关键。本文采用一阶RC等效电路模型¨41模拟锂离子