分析鋰電池充電器的逆變放電回路工作原理
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-05 20:33
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電池充電器的逆變放電回路如圖所示。圖中的變壓器1B即為充電回路中的整流變壓器，DK即為整流電路中的平衡電抗器，1KP為放電可控硅。當(dāng)三相變壓器次級(jí)A相電壓u為正半周時(shí)，觸發(fā)可控硅lKP使其導(dǎo)通。由于鋰電池放電回路中具有電感元件，所以鋰電池放電電流只能逐漸增加。電感l(wèi)L中因流過(guò)電流而儲(chǔ)存了能量，當(dāng)交流電壓u過(guò)零變負(fù)后，鋰電池放電電流減小，電感1L兩端產(chǎn)生阻止電流減小的感應(yīng)電勢(shì)，因此鋰電池的放電電流不會(huì)立即降為零。此時(shí)，鋰電池的放電電流通過(guò)變壓器;使交流電源獲得能量，因而鋰電池放出的能量被送到交流電網(wǎng)中。當(dāng)整流變壓器的次級(jí)電壓更負(fù)，并且電感1L中儲(chǔ)存的能量釋放完畢以后，可控硅lKP因承受反向電壓而關(guān)斷，鋰電池放電結(jié)束。
在科技日新月異的今天，大到電網(wǎng)儲(chǔ)能、新能源電動(dòng)汽車(chē)、小到手機(jī)、電腦、各種電子產(chǎn)品，都已經(jīng)十分廣泛的應(yīng)用著鋰電池。給我們生活，源源不斷匯集、提供電力能量。
而在40年前，一名叫約翰. 古迪納夫（John B Goodenough)的留英美國(guó)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)努力專(zhuān)研。通過(guò)發(fā)現(xiàn)讓鋰鈷氧化物參與電池內(nèi)部反應(yīng)，才發(fā)明出當(dāng)時(shí)體積更輕便、儲(chǔ)能更強(qiáng)大、的新型電池——鋰電池。
約翰.古迪納夫近照
約翰. 古迪納夫做為鋰電池發(fā)明貢獻(xiàn)者，因此被尊稱(chēng)為“鋰電發(fā)明之父”。回顧古迪納夫的成長(zhǎng)史，其實(shí)還有另一段重要的身份經(jīng)歷，那就是“二戰(zhàn)老兵”。
古迪納夫出生于1923年，美國(guó)康涅狄格州成長(zhǎng)。從小雖然有讀寫(xiě)障礙，但天資聰明、成績(jī)優(yōu)異，后考取耶魯大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。時(shí)逢二戰(zhàn)爆發(fā)，美國(guó)在“珍珠港事件“慘痛后，不得不對(duì)日宣戰(zhàn)?；蛟S學(xué)歷特長(zhǎng)，年輕的古迪納夫，以氣象師身份征招入役，被派到太平洋一個(gè)海島收集氣象資料。
波瀾壯闊的戰(zhàn)斗.來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
而一直強(qiáng)烈的繼續(xù)求學(xué)意識(shí)，讓他在二戰(zhàn)結(jié)束后，也幸運(yùn)被美國(guó)政府選中。成為當(dāng)時(shí)少數(shù)人中，繼續(xù)攻讀物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的退役軍人
其后的古迪納夫，讀博于——芝加哥大學(xué)物理學(xué)（這一年，他30歲！）、工作于——麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室。1976年，受邀英國(guó)牛津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教授。
芝加哥大學(xué)、牛津大學(xué)、麻省理工學(xué)院
正是在英國(guó)牛津大學(xué)期間，古迪納夫組建了自已電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
1800年，發(fā)明伏達(dá)電堆（意）；1859年，發(fā)明鉛酸蓄電池（法）。1966年，發(fā)明鈉硫電池（美.福特）。在70年代以來(lái)，這些電池逐漸顯現(xiàn)出儲(chǔ)能局限性 。
最先發(fā)現(xiàn)鋰離子室溫充電能力的——是英國(guó)化學(xué)家Whittingham。但由于沒(méi)有很好解決，鋰電池電極結(jié)晶短路問(wèn)題，在后續(xù)生產(chǎn)后使用中，往往接連發(fā)生鋰電池起火爆炸。在此背景下，古迪納夫和團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了對(duì)鋰電池的研究。
電池發(fā)生爆炸
鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰的發(fā)明
古迪納夫團(tuán)隊(duì)持續(xù)四年的研究，1980年發(fā)現(xiàn)采用氧化物鈷酸鋰材料能很好改善鋰電極結(jié)晶問(wèn)題。在兩年后，1982年古迪納夫?qū)嶒?yàn)室發(fā)現(xiàn)了更穩(wěn)定、更便宜的材料——錳酸鋰。
古迪納夫?qū)嶒?yàn)室
由于前期鋰電池的起火爆炸的教訓(xùn)，這一研究成果在當(dāng)時(shí)沒(méi)有公司企業(yè)愿意生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。 古迪納夫?qū)⑾嚓P(guān)專(zhuān)利權(quán)轉(zhuǎn)給英國(guó)原子能機(jī)構(gòu)（AERE)。1991索尼公司才引進(jìn)這一成果，并結(jié)合自已陽(yáng)極材料石墨技術(shù)，將可充電鋰電池商業(yè)化生產(chǎn)面世。并向英國(guó)政府支付專(zhuān)利版權(quán)費(fèi)，直到2002年。
而約翰. 古迪納夫，在這一發(fā)明中，并沒(méi)有得到經(jīng)濟(jì)效益。
古迪納夫 . 一個(gè)普通老人
1997年，經(jīng)過(guò)不斷嘗試，古迪納夫?qū)嶒?yàn)室，在度發(fā)現(xiàn)鋰離子陰極材料——磷酸鐵鋰。
回顧鋰電池研發(fā)歷史一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)——1980年-鈷酸鋰 → 1982年-錳酸鋰 → 1991年第一款商用鋰電池被日本索尼推出 → 1997年-磷酸鐵鋰。然而至此三十多年后，電池儲(chǔ)能急需更大幅提高，而儲(chǔ)能電池革新，往往雷聲大雨點(diǎn)小，并沒(méi)有并沒(méi)有取得革命性成果。
鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰
后續(xù)——鋰電池能量密度遭遇瓶頸，固態(tài)電池，改變未來(lái)？
而今，約翰. 古迪納夫96歲。座駕，一輛10年車(chē)齡的本田車(chē)。面對(duì)鋰電池瓶頸，研發(fā)新的替代品，繼續(xù)奮斗不止，。據(jù)其聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)表的最新研究成果看：固態(tài)無(wú)鈷電池（鈷是稀缺礦產(chǎn)資源；不在是液態(tài)電解質(zhì)，徹底解決電極枝晶刺穿隔膜短路），能量密度可能將是現(xiàn)有鋰離子電池的兩倍（新能源電動(dòng)汽車(chē)，續(xù)航里程翻倍提升）。電池容量隨著使用時(shí)間，不減反而增加？（完全不可想象？）
