電池及電池系統(tǒng)安全性問題（3）過充電

多數(shù)情況下的熱失控等是由于過充電問題引起的。在電池已經(jīng)充滿電的情況下，繼續(xù)強(qiáng)制充電，多余的能量就要設(shè)法找到去處，就會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)或者形成熱量，積累到一定程度發(fā)生爆炸、起火等現(xiàn)象。而處于過充電狀態(tài)的電池組，電池荷電狀態(tài)高，充滿了能量，出現(xiàn)熱失控會(huì)帶來更大的危害。新能源汽車和大型儲能的發(fā)展對大容量電池蓄電池的應(yīng)用需求越來越迫切。直接制作大容量的蓄電池，除了生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備的不成外，造成電池生產(chǎn)成品率低，制作成本高外，大容量電池由于能量儲存量大，電池內(nèi)部溫度、電流的分布不均勻性以及較高程度的不安全性能是應(yīng)用過程中存在的主要問題。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，不可避免地需要將大量電池進(jìn)行串并聯(lián)組合，以形成更高電壓、更高容量的蓄電池組，來滿足應(yīng)用要求。這就要求電池必須進(jìn)行串聯(lián)或串并聯(lián)組合。許多人對大量鋰離子電池的串并聯(lián)組合提出質(zhì)疑，認(rèn)為電池的一致性、可靠性、安全性均存在較大的問題，不提倡電池的并聯(lián)應(yīng)用。

1、過充電產(chǎn)生的原因

（1）表觀上的過充電

指按照實(shí)際容量計(jì)算，充電容量已經(jīng)遠(yuǎn)大于電池組的實(shí)際容量。這種情況可以很容易根據(jù)充電時(shí)間、充電電流等計(jì)算出來。

這種情況下的過充電大多出現(xiàn)在參數(shù)的檢測和控制上。檢測每只電芯的電壓、電池組的溫度，出現(xiàn)檢測不到或數(shù)據(jù)失真，充電電壓繼續(xù)上漲，就出現(xiàn)過充電。

（2）表觀上未出現(xiàn)過充電，實(shí)際已經(jīng)發(fā)生過充電

指按照電池或電池組的實(shí)際容量計(jì)算，電池組并未充滿電，但實(shí)際上已經(jīng)過充了。

a 特殊環(huán)境下的過充電

每種電池、甚至每個(gè)廠家的電池在不同環(huán)境下所適應(yīng)的充電電流是不一樣的。例如，在低溫條件下，鋰離子電池就不適宜充電，此時(shí)的不適宜充電不是指不能充電，只要以足夠小的電流進(jìn)行充電，還是能沖進(jìn)去一些的，只是意義有多大另當(dāng)別論。一般來說，溫度越低，所適應(yīng)的充電倍率越小。高溫條件下電化學(xué)活性加大，化學(xué)反應(yīng)速度加快，理論上可以承受較大的倍率進(jìn)行充電，但此時(shí)溫度高，充電產(chǎn)生的熱量也大，電池也容易出現(xiàn)理論上的過充電。所以，應(yīng)確定在每種邊界條件下電池所適應(yīng)的充電倍率。

b 充滿電后頻繁通斷繼續(xù)充電

檢測和動(dòng)作有一個(gè)之后時(shí)間，無論是設(shè)備還是BMS。BMS也設(shè)置有延遲時(shí)間，從檢測到充電截止到繼電器動(dòng)作有一之后時(shí)間。在小型電池組（用MOS關(guān)開）中比較明顯，當(dāng)檢測到電池出現(xiàn)過充電時(shí)，電池組關(guān)斷，電池組電壓下降到一定值時(shí)，又恢復(fù)充電，長此下去會(huì)造成電池過充電。筆者曾經(jīng)做過一次試驗(yàn)，用檢測設(shè)備對電池組進(jìn)行充電，采用磷酸鐵鋰圓柱電芯，充電到3.6V停止，3.45V左右恢復(fù)充電，一晚上時(shí)間，將電池充漏液了，極耳也斷裂開。

c 電池的不一致性

主要時(shí)成組電池荷電量的不一致和所處環(huán)境的不一致，以及串聯(lián)電池容量的不一致。這容易造成部分電池過充電，尤其在檢測故障情況下。

2、避免過充電的措施

（1）控制策略

控制電池在合適的SOC范圍內(nèi)進(jìn)行充放電，有壓差報(bào)警，最高電壓限制等。如單體充放電3.0-4.15V，最高限制4.18V，壓差300mV。三元電池電壓超過4.5V就很危險(xiǎn)了，4.2V與4.5V壓差在300mV，超過此數(shù)值就有可能危險(xiǎn)。

另外，控制參數(shù)要隨著電池系統(tǒng)SOH的變化而進(jìn)行逐步調(diào)整，才能更有效的進(jìn)行安全性預(yù)防。

（2）電池包設(shè)計(jì)

    電池包設(shè)計(jì)只是注意保證內(nèi)部各電池環(huán)境溫度的一致性，避免部分電池出現(xiàn)理論上過充電。

（3）電池配組及選擇

這是保證電池電芯初期性能的一致性，容量、內(nèi)阻、自放電等。避免由于電性能的不一致導(dǎo)致部分電池過充電。

（3）充電電流（功率）和環(huán)境溫度

盡可能避免大電流充電。目前的動(dòng)力電池還不適宜采用快速充電。大電流充電對電池壽命以及性能、安全等方面的危害較大。長期儲存的電池首次應(yīng)用要采用小電流充電。低溫禁止充電，加熱要均勻，注意實(shí)際電池溫度與電池箱內(nèi)環(huán)境溫度的差別。

（4）均衡的作用

    動(dòng)力電池組容量都比較高，三元電池相對自放電很小。若電芯本身質(zhì)量無問題，依靠很小的電流去均衡效果不大。大電流均衡，已經(jīng)表明電池組內(nèi)部容量差別比較大了，電芯自身出問題的概率比較高，依靠均衡已經(jīng)無用了。從電路可靠性方面來說，帶均衡BMS可靠性要降低，尤其是大電流均衡的BMS。