磷酸鐵鋰電池平衡充電的研究現(xiàn)狀

單鋰電池之間的容量差異是造成單電池充放電過度的根本原因。解決辦法之一是給電池組均勻充電。目前，對(duì)平衡充電的研究主要集中在兩個(gè)方面:一是平衡充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，二是平衡控制策略的研究。目前的研究重點(diǎn)是平衡充電電路的拓?fù)湓O(shè)計(jì)，主要包括電阻放電平衡法[5.19.20]、開關(guān)電容法2122]、開關(guān)電感法232]、雙向dc-dc變換器法p7-29]、多繞組變壓器法0-31]、分布式平衡法[B2.3]。同時(shí)，各大半導(dǎo)體公司還推出了平衡控制集成芯片及配套解決方案，如Atmel公司推出的ATA6870、ATA6871鋰電池并聯(lián)電阻并聯(lián)放電平衡方案、TI公司2010年推出的BQ78PL1114、BQ76PL102開關(guān)電感法平衡方案等。

 

電池組充電均勻

 

文獻(xiàn)[6,30,34 -35]綜合分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)如下問題:1)平衡時(shí)間是一個(gè)常見而嚴(yán)重的問題，大部分持續(xù)數(shù)小時(shí);2)大多數(shù)現(xiàn)有的均衡技術(shù)基于電池電壓平衡,由于單體電池容量差異的存在會(huì)使每個(gè)單體電池充電和放電電壓的外部特征,尤其是在后期單體電池單體電池電壓上升更快,利用電池電壓,電池一致性準(zhǔn)則之外的平衡判據(jù)不穩(wěn)定的問題。同時(shí)，研究表明，該方法對(duì)平衡前后電池的有效容量的增加沒有明顯的效果。3)實(shí)用性差，電路設(shè)計(jì)不能考慮電動(dòng)汽車的運(yùn)行工況，不能隨著電池的增加而擴(kuò)展電池的串聯(lián)和模塊化。

 

綜上所述，關(guān)于動(dòng)力電池均衡充電的研究還存在很多問題。平衡時(shí)間的縮短、電池組一致性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、平衡充電控制策略等方面的研究有待進(jìn)一步深化和完善。

 

鋰電池保護(hù)的研究現(xiàn)狀

 

鋰離子電池的安全性最終取決于鋰離子電池材料的熱穩(wěn)定性。單電池的不一致性使得鋰電池在并聯(lián)或串聯(lián)使用時(shí)的熱穩(wěn)定性尤為突出。由于鋰電池的材料特性，它對(duì)過熱更加敏感，因此研究鋰電池的保護(hù)電路就顯得尤為重要。

 

目前，在電池產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)用控制方面采取了一些措施。根據(jù)電池過度充電的阻力性能的分析,發(fā)現(xiàn)電池陰極材料抵抗越強(qiáng)過度充電性能相應(yīng)的電池過度充電阻力性能將更強(qiáng),因此,為了提高鋰電池過度充電的阻力性能,一方面,電池在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中采用PTC (B8),排氣/ CID和其他安全設(shè)備,采用抗過充B9.40的正極材料，采用熱封膜，采用具有PTC效應(yīng)的[4]電極，采用電壓敏感膜

 

[42]或過充添加劑[434]。一方面，為了防止鋰離子電池的過度充放電，保證電池使用的安全性，在實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)電池和電池組都裝有保護(hù)電路，并采用專門的充電管理系統(tǒng)。各大半導(dǎo)體公司也相繼推出了鋰離子電池保護(hù)集成管理芯片，如TI公司的bq77910、凹凸技術(shù)的OZ890等。這種方法直接有效，但并非萬(wàn)無一失。特別是對(duì)于使用高壓電動(dòng)汽車，如比亞迪即將推出的“秦”牌第二代雙模電動(dòng)汽車，其電壓水平已高達(dá)500V，電池?cái)?shù)量有多少數(shù)百個(gè)，而且任何單個(gè)電池管理失控都可能帶來嚴(yán)重的安全問題。

 

此外，單個(gè)電池管理電路的能耗也逐漸成為電池保護(hù)中需要考慮的問題。針對(duì)單電池管理電路的能耗問題，在單電池管理電路中進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片機(jī)的電壓、溫度等參數(shù)的檢測(cè)。