新型锂电池充电速度比普通电池快120倍
焦立春 霍彦明
摘 要：现在制约电动汽车行业的迅速发展的关键问题是电池问题，很多国家在加强对电池的研究，包括电池本身及其充电方法。本文主要介绍的是锂离子电池组的快速充電及在充电过程中对电池组电压进行均衡的研究，通过分析快速充电中极化电压的变化及温度的变化，从而发现电池组电压会出现不均衡现象，进而采集开路电压并使用模糊控制的策略来改善不均衡现象。
关键词：电动汽车；快速充电；均衡
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.190
1 变电流间歇快速充电方法
间歇充电法指的是锂离子电池在充电时加入了小段的停歇时间，用以消除电池的极化现象，起到了提高充电效率的作用。具体的充电过程为：在充电的初期，采用较大电流给电池进行充电，此时能够可以在较短的时间内充进较多的电量，并且充电前期极化现象不明显，电池可以接受大电流充电，当其端电压达到预期设置的电压值时，短暂的停止充电；接下来减小电流再次重复上一阶段的充电过程，如此反复，一直到电池达到充满的状态。
2 充电过程中温度及极化电压的变化
温度是快速充放电过程一个非常重要的问题，它直接影响到电池的充放电性能和容量性能。大的充电电流会使温度升高的更快，温度的不同会导致每个电池的内部化学反应激烈程度不同，不同充电倍率下温度的变化如图1所示，久而久之电池从本质上产生差距，外部特征表现为：电池容量的不同、工作电压的不同、内阻不同等等一些问题，于是电池间会出现不均衡现象，从而影响电池的使用寿命。所谓极化现象指的是在对锂离子电池进行充放电时，其电动势不再处于平衡状态，使得真实的端电压值与实际电动势不相等的情况。极化的种类包括欧姆极化、浓差极化、电化学极化三类，这些极化现象存在于整个充电过程中，且跟电池的内阻、电池内部化学反应有着很大的关系，在停充的时间段内极化现象会减弱，端电压会有明显的变化，如图2所示，不同电池经过反复使用后造成电压不一致，也会使电池之间出现不均衡现象。改善电池快速充电过程中的不均衡问题对电动汽车的发展极其重要。
3 均衡电路及均衡策略
为了改善和平衡电池组各个单体电池之间的电压差异，采用电感均衡拓扑电路来使电量在电池组之间实现转移从而达到均衡的效果，它的工作原理是当电池单体端电压比整个电池组的平均点高，需要进行降压时，将MOSFET打开，电池对电感进行能量转移，储能电感存储能量。电池恢复平均水平后，MOSFET断开，电感与肖特基二极管、其它电池构成放电回路，电感将储存的能量进行释放，一部分能量回充入其它电池，一部分能量消耗在肖特基二极管上，电路图如图3所示。
选取合理的均衡对象是均衡系统取得良好均衡效果的前提，均衡对象就是均衡控制的变量，用以表征电池的容量，现在选取端电压为均衡控制对象，端电压与电池SOC变化趋势一致。通过实时采集电压值，以采集到的电压值和各个单体电压值与电池组平均值之差作为输入量传送至模糊控制系统，制定模糊规则，通过模糊决策后以电流作为输出量输出，由模糊控制器选择均衡电流，计算占空比，控制相应的高频率开关器件，均衡器工作，开始对电压较高的单体电池进行一定时间的分流。在充电后期极化现象严重，当充满电后极化电压减小时，电压变化较大，所以进行二次均衡，如果单体电压与额定电压差值在20mv以上时，通过相应的开关期间开启均衡电路进行均衡，将差值控制在范围以下，这样就完成了充电过程中及充电过程后的两次均衡，保证了各个单体电池之间的差异很小，从而改善了电池组内单体电池不均衡的问题，促进了电动汽车行业的发展。
4 总结
电动汽车要想得到大规模的发展，必须提高动力电池性能和使用寿命。要想使整个电池组的整体性能持续长久，在电池管理系统中增加均衡控制系统必不可少，通过改进均衡结构、优化控制策略和提高均衡效率，从而改善电池组中单体电池之间的不均衡，有效的提高电池组的使用寿命。
参考文献：
[1]龙宇舟.电动汽车锂离子动力电池的充电均衡控制研究[D].广西：广西科技大学，2015.
[2]肖峰.电动汽车锂离子电池组均衡充电技术研究[D].天津：天津理工大学，2010.
[3]覃章锋.基于优化极化电压磷酸铁锂电池快速充电方法的研究[D].江西：南昌航空大学，2017.
[4]丁修乘.电动汽车锂离子动力电池快速充电技术研究[D].广西：广西科技大学，2015.
作者简介：焦立春，女，河北人，硕士研究生，主要研究：锂电池快速充电及均衡。
