磷酸铁锂电池快速充电技术作者：张龙昌来源：《中国机械》2014年第17期 摘要：本文基于磷酸铁锂电池，介绍了磷酸铁锂电池作为电动车电池的优点和磷酸铁锂电池的充电特性，介绍了快速充电技术的进展，详细介绍了各种基于磷酸铁锂电池的快速充电技术。
关键词：磷酸铁锂电池/快速充电技术/快速充电方法
引言
发展电动汽车是改善城市环境的最有效措施，也是消除能源危机的重要途径和国家安全的战略。
磷酸铁锂锂电池相对传统的水溶液二次电池，如铅酸、镍氢和镍镉电池而言，具有循环寿命长、能量密度高、大电流快速充放电、材料来源容易，可实现规模化生产、规模化生产后，价格低、体积小、重量轻、绿环保、安全性好，在各种电池体系中，磷酸铁锂电池成
为最具有发展潜力的电池体系。因此磷酸铁锂电池在电动车电源、大规模储能、通讯和电动自行车等方面得到了广泛的应用。
一直以来，电动汽车的发展面临电池技术的挑战，而电池技术所面临的瓶颈主要集中在充电时间长短上。时间的长短会直接影响电动车的日常运行，如果能应用快速充电技术，电动车不仅能摆脱头顶高架电线的无轨电车时代，也会相对减弱电池续航里程短对电动车正常使用的影响。因此，国内外相关汽车生产企业纷纷展开了对快速充电技术的研究。 本文基于磷酸铁锂电池，介绍了磷酸铁锂电池的优点和磷酸铁锂电池的充电特性，介绍了快速充电技术的进展，详细介绍了各种基于磷酸铁锂电池的快速充电技术。
1.磷酸铁锂电池相比传统电池优势明显
如图1所示，锂离子电池与传统的铅酸电池，镍氢电池相比有很多优点，如图2所示，磷酸铁锂电池体积小、重量轻、工作电压高、容量大，磷酸铁锂电池的能量密度很高，另外，磷酸铁锂电池几乎没有记忆效应，不含铅、镉等有毒物质，因此成为电动车用电池的首选。
2.快速充电技术的发展
2.1快速充电技术的萌芽
1970年代初，马斯（Mass）提出蓄电池充电三定律，他指出：在蓄电池析气前可接受的充电电流随充电时间指数下降；超过此可接受的充电电流对蓄电池是有害和危险的；蓄电池的可接受充电电流与前次放电深度有关。在此基础上提出了充电过程中加负（放电）脉冲的脉冲充电方法。 2.2快速充电技术的兴起和发展
1980年，原苏联的雷兹洛夫（Лызлов）从理论上指出：铅酸蓄电池在放电态有短时接受很大充电电流的能力；蓄电池可接受的充电电流随充电时间指数下降；按此规律进行充电，充电时间最短。
1987年奴尔（Nor）对现代快速充电技术进行探索，证实了几分钟充电到30～70%的部分荷电状态的快速充电技术是可行的，并获得了一系列的专利，还制造了Minit充电机。奴尔先将这种快速充电技术用在镍镉蓄电池上，实现了5分钟快速充电，以后推广到铅酸蓄电池。
1991年奴尔和佛莱里奥特（Valeriote）等证实了铅酸蓄电池可以进行快速充电，而且对蓄电池寿命是有利而无害的。
现在，已证明各种蓄电池都可以采用3～10分钟的快速充电，充电到30～70%的部分荷电状态；快速充电的充电效率高；快速充电可延长电动车的行程；快速充电对老化的蓄电池有激活、修复作用；快速充电可延长蓄电池的循环寿命。因此，用几分钟的时间、充电到部分荷电状态的快速充电概念已逐渐被人们接受，并不断发展这项技术。
3.各种快速充电方法
3.1恒定电流充电法
恒定电流充电法是指在充电过程中全程以恒定不变电流进行充电.与一般的恒流充电相同，只是加大充电电流到1C以上，用充电时间或充电电压控制充电终点。这种快速充电方法的优点是控制技术简单；缺点是充电时间长，充入容量较少，效率低、析气多、温升大。
锂离子电池的充电可接受电流随着充电时间呈指数规律下降，而充电电流保持不变，若充电电流较大，在恒流充电后期可能出现充电电流超过可接受电流而导致电池电解液发生析
气反应，但若充电电流太小，就会延长充电时间，降低充电效率。
3.2恒定电压充电法
恒定电压充电法是指在充电过程中以恒定电压对电池进行充电。在这个过程中，充电电流满足公式：I=U-ER（式中：I为充电电流，U为充电电压，E为电池电压，R为充电回路电阻）。在充电初期，由于电池电势较低，因此充电电流较大，随着充电过程的进行，电池电势逐渐升高，充电电流逐渐减小。恒压控制系统结构简单，而且充电电流比较接近可接受充电电流，具有一定的自适应性，但在充电初期电流比较大，有可能造成电池温度上升过快，对电池带来不利影响。
3.3恒流/恒压充电法
以上两种方法都比较简单，也都有很多不足之处.恒压充电初期电流过大而恒流充电后期电流过大，因此，可采用先恒流后恒压的充电方法以克服这两种方式在这两个阶段的弊端。
（1）预充阶段。接通直流电源后，当检测到电池时，充电芯片启动，进入预充过程，
在此期间充电控制器以较小的电流给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。
（2）恒流充电阶段。在充电初期，充电电路以恒定的电流对锂离子电池充电，一般锂电池大多选用标准充电速率.恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，进入恒压充电过程。
（3）恒压充电阶段。在恒压充电过程中，充电电流逐渐衰减，当监测到充电电流降到设置值以下，或满充时间超时转入顶端截止充电，此时充电控制器以极小的充电电流为电池补充能量，一般情况下，该过程可以延长电池5%～10%的使用时间.这种充电方法中，为避免电流过大，电池温度过高，在恒流阶段，通常采用较小的充电电流进行充电，充电效率仍然不高。为提高充电效率，可采用变流充电法。
参考文献
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[2]刘玉杰，姜印平等.关于快速脉冲充电技术的研究[J].蓄电池，2004（2）：71-74.
[3]陈清泉.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2004：7-9.
[4]萍等.基于马斯理论的蓄电池充电电流衰减指数研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2008，35（10）：26-30.
作者简介：张龙昌，（1988-），吉林农业大学工程技术学院，专业：机械制造技术，研究方向：机械电子方向
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