蓄電池組充放電技術(shù)淺析論文

　　摘要:蓄電池組有區(qū)別于單體電池的額外特性,基于目前電池設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平,單體之間的性能差異在其整個(gè)生命周期里客觀存在,要想避免單體由于過充、過放導(dǎo)致提前失效,使電池組的功能和性能指標(biāo)達(dá)到或者接近單體的平均水平,對(duì)蓄電池組充放電實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理是必由之路。

　　關(guān)鍵詞:蓄電池組;充放電技術(shù)

　　蓄電池組的使用壽命受多種因素影響,如果電池組壽命低于單體平均壽命的一半以下,可以推斷都是由于使用技術(shù)不當(dāng)造成的,首要原因當(dāng)推過充和過放導(dǎo)致單體電池提前失效。

　　1、動(dòng)力電池組充放電特性

　　以單體電池為動(dòng)力源如移動(dòng)通訊,電源管理技術(shù)已經(jīng)十分完善,但在蓄電池組中,單體之間的差異總是存在的,以容量為例,其差異性永不會(huì)趨于消失,而是逐步惡化的。組中流過同樣電流,相對(duì)而言,容量大者總是處于小電流淺充淺放、趨于容量衰減緩慢、壽命延長,而容量小者總是處于大電流過充過放、趨于容量衰減加快、壽命縮短,兩者之間性能參數(shù)差異越來越大,形成正反饋特性,小容量提前失效,組壽命縮短。

　　2、蓄電池組的充電過程

　　2.1、充電

　　目前充電主要是限壓限流法,初期恒流(CC)充電,電池接受能力最強(qiáng),主要為吸熱反應(yīng),但溫度過低時(shí),材料活性降低,可能提前進(jìn)入恒流階段,因此在北方冬天低溫時(shí),充電前把電池預(yù)熱可以改善充電效果。隨著充電過程不斷進(jìn)行,極化作用加強(qiáng),溫升加劇,伴隨析氣,電極過電位增高,電壓上升,當(dāng)荷電達(dá)到約70~80%時(shí),電壓達(dá)到最高充電限制電壓,轉(zhuǎn)入恒壓(CV)階段。理論上并不存在客觀的過充電壓閾值,若理解為析氣、升溫就意味著過充,則在恒流階段末期總是發(fā)生不同程度的過充,溫升達(dá)到40~50攝氏度,殼體形變?nèi)菀赘袦y,部分逸出氣體還可以復(fù)合,另一些就作為不可逆反應(yīng)的結(jié)果,損失了容量,這可以看作電流強(qiáng)度超出電池接受能力。在恒壓階段,有稱涓流充電,大約花費(fèi)30%的時(shí)間充入10%的電量,電流強(qiáng)度減小,析氣、溫升不再增加,并反方向變化。

　　2.2過充電

　　上述過程考慮電池組總電壓或平均電壓控制,其實(shí)總有單體電壓較高者,相對(duì)組內(nèi)其它電池已經(jīng)進(jìn)入過充電階段。過充電時(shí),若在恒流階段發(fā)生,由于電流強(qiáng)度大,電壓、溫升、內(nèi)壓持續(xù)升高,若繼續(xù)過充,氣閥打開、溫升繼續(xù)升高、不可逆反應(yīng)加劇。恒壓階段,電流強(qiáng)度較小,過充癥狀不如恒流階段顯著。只要溫升、內(nèi)壓過高,就伴隨副反應(yīng),電池容量就會(huì)減少,而副反應(yīng)具有慣性,發(fā)展到一定程度,可能在充電中也可能在充電結(jié)束后的短時(shí)間里使電池內(nèi)部物質(zhì)燃燒,導(dǎo)致電池報(bào)廢。過充電加速電池容量衰減、導(dǎo)致電池失效,百害而無一利。

　　3、蓄電池組的放電過程

　　3.1放電

　　導(dǎo)線電阻和觸點(diǎn)電阻,電壓繼續(xù)下降,經(jīng)過一段時(shí)間以后,到達(dá)新的電化學(xué)平衡,進(jìn)入放電平臺(tái)期,電壓變化不明顯,放熱反應(yīng)加電阻釋熱使電池溫升較高。放電電壓曲線近似單體放電曲線,持續(xù)放電,電壓曲線進(jìn)入馬尾下降階段,極化阻抗增大,輸出效率降低,熱耗增大,接近終止電壓時(shí)停止放電。

　　3.2 過放電

　　考慮組內(nèi)單體電池,必有(下轉(zhuǎn)66頁)(上接65頁)相對(duì)的過放電情況。在放電后期,電壓接近馬尾曲線,組中單體容量正態(tài)分布,電壓分布很復(fù)雜,容量最小的單體電壓跌落得也就最早、最快,若這時(shí)其它電池電壓降低不是很明顯,小容量單體電壓跌落情況被掩蓋,已經(jīng)被過度放電。

　　觀察單體過放情況,進(jìn)入馬尾曲線以后,若電流持續(xù)較大,電壓迅速降低,并很快反向,這時(shí)電池被反方向充電,或稱被動(dòng)放電,活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞,另一種副反應(yīng)很快發(fā)生,過一段時(shí)間,電池活性材料接近全部喪失,等效為一個(gè)無源電阻,電壓為負(fù)值,數(shù)值上等于反充電流在等效電阻上產(chǎn)生的壓降,停止放電后,原電池電動(dòng)勢消失,電壓不能恢復(fù),因此,一次反充電足以使電池報(bào)廢。

　　4、先進(jìn)的電池組使用方法

　　過充過放對(duì)電池的損害都是致命的,不同之處僅在于過充產(chǎn)生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈,過放外觀變化和緩、但失效速度卻極快,在正常使用中都應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)。

　　鑒于相同原材料、同批次的單體電池,容量、內(nèi)阻、壽命等性能參數(shù)符合正態(tài)分布并且離散程度有限;鑒于在相同的電流激勵(lì)條件下,單體電池電壓變化過程的一致性漸進(jìn)逼近其它性能參數(shù)的一致性,其中最重要的參數(shù)是荷電程度;鑒于電池在未曾歷經(jīng)過過充、過放的損害,在其生命期里不容易提前失效,可以推斷,如果在充放電過程中通過能量變換的辦法實(shí)施電池組中單體電壓的均衡控制,使單體電壓趨于一致,那么單體的相對(duì)荷電程度也趨于一致,可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)充足電、也同時(shí)放空電,進(jìn)而,電池組的壽命應(yīng)接近于單體電池的平均壽命。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 張輔群 邱松長 孫瑾《一種蓄電池組電壓均衡系統(tǒng)》,科技出版社

　　[2] 高建峰 王浩明《長壽命電動(dòng)自行車用VRLA電池的研究》, 沈陽蓄電池研究所

　　[3] 李練兵 陳 鵬 何 林《鉛酸蓄電池保護(hù)修復(fù)技術(shù)研究》,能源出版社

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