1 普通的串聯(lián)充電

 

目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯(lián)充電，這主要是因為串聯(lián)充電方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較容易實現(xiàn)。但由于單體鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(lián)充電時，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先充滿電，而此時，其他電池還沒有充滿電，如果繼續(xù)串聯(lián)充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電。

 

而鋰離子電池過充電會嚴(yán)重?fù)p害電池的性能，甚至可能會導(dǎo)致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現(xiàn)單體鋰離子電池過充電，鋰離子電池組使用時一般配有電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，簡稱BMS），通過電池管理系統(tǒng)對每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過充電等保護(hù)。串聯(lián)充電時，如果有一只單體鋰離子電池的電壓達(dá)到過充保護(hù)電壓，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池?zé)o法充滿電。

 

經(jīng)過多年的發(fā)展，磷酸鐵鋰動力電池由于具有較高的安全性、很好的循環(huán)性能等優(yōu)勢，已經(jīng)基本能滿足電動車特別是純電動轎車的要求，工藝上也基本具備了大規(guī)模生產(chǎn)的條件。然而，磷酸鐵鋰電池的性能與其他鋰離子電池存在著一定的差異，特別是其電壓特征與錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池等不同。以下是磷酸鐵鋰與錳酸鋰兩種鋰離子電池的充電曲線與鋰離子脫嵌對應(yīng)關(guān)系的比較：

磷酸鐵鋰電池在快充滿電時，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負(fù)極，電池端電壓會快速上升，出現(xiàn)充電曲線的上翹現(xiàn)象，這樣會導(dǎo)致電池很容易達(dá)到過充電保護(hù)電壓。因此磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象相對錳酸鋰電池組而言會更為明顯。

 

另外，雖然有些電池管理系統(tǒng)帶有均衡功能，但由于從成本、散熱、可靠性等多方面考慮，電池管理系統(tǒng)的均衡電流一般遠(yuǎn)小于串聯(lián)充電的電流，因此均衡效果不是很明顯，也會出現(xiàn)某些單體電池充不滿電的情況，這對于需要大電流充電的鋰離子電池組，例如電動汽車用的鋰離子電池組而言則更為明顯。

 

例如，將100只放電容量都為100Ah的鋰離子電池串聯(lián)起來組成電池組，但如果成組前其中99只單體鋰離子電池荷電80Ah，另外1只單體鋰離子電池荷電100Ah，將此電池組進(jìn)行串聯(lián)充電時，其中荷電100Ah的那只單體鋰離子電池會先充滿電，從而達(dá)到過充保護(hù)電壓，為了防止這只單體鋰離子電池被過充電，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，也就使得其他99只電池?zé)o法充滿電，從而整個電池組放電容量也就只有80Ah。

 

一般電池廠家出廠時測試容量時是將單體電池先恒流充電再恒壓充電，然后恒流放電從而測出放電容量。一般放電容量約等于恒流充電容量加上恒壓充電容量。而實際電池組串聯(lián)充電過程中對單體電池而言一般沒有恒壓充電過程，所以恒壓充電容量就會沒有，電池組容量就會小于單體電池容量。而一般充電電流越小，恒壓充電容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又發(fā)展出了電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電的模式。

 

2 電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電

 

電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)之間建立聯(lián)系，就能使充電機(jī)實時地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時產(chǎn)生一些的問題，

 

電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過對電池的當(dāng)前狀態(tài)（如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等）進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的最大允許充電電流進(jìn)行估算；充電過程中，通過通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。電池管理系統(tǒng)將總電壓、最高單體電池電壓、最高溫度、溫升、最大允許充電電壓、最高允許單體電池電壓以及最大允許充電電流等參數(shù)實時地傳送到充電機(jī)，充電機(jī)就能根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的信息改變自己的充電策略和輸出電流。

 

當(dāng)電池管理系統(tǒng)提供的最大允許充電電流比充電機(jī)設(shè)計的電流容量高時，充電機(jī)按照設(shè)計的最大輸出電流充電；當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機(jī)改變電流輸出；當(dāng)充電電流大于最大允許充電電流時，充電機(jī)開始跟隨最大允許充電電流，這樣就有效地防止了電池過充電，達(dá)到延長電池壽命的目的。充電過程中一旦出現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機(jī)停機(jī)，避免發(fā)生事故，保障充電的安全。