中心議題：

• 四種高電壓鋰離子電池組的充電方法比較

解決方案：

• 普通的串聯充電：
• 電池管理係統和充電機協調配合串聯充電
• 並聯充電
• 串聯大電流充電加小電流並聯充電

鋰離子電池由於工作電壓高
、體積小、質量輕
、無記憶效應
、無汙染、自放電小、循環壽命長，是一種理想電源。在實際使用中，為了獲得更高的放電電壓

，一般將 至少兩隻單體鋰離子電池串聯組成鋰離子電池組使用。目前，鋰離子電池組已經廣泛應用於筆記本電腦、電動自行車和備用電源等多種領域。

yinciruhezaichongdianshijianglilizidianchizushiyonghaoxiandeyouweiguanjian
，xianjianglilizidianchizuchangyongdejizhongchongdianfangfayijibenrenrenweidezuishihedechongdianfangfashishuruxia：

1 普通的串聯充電

目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯充電，這主要是因為串聯充電方法結構簡單

、成本低
、較容易實現。但由於單體鋰離子電池之間在容量
、內阻、衰減特性、 自zi放fang電dian等deng性xing能neng方fang麵mian的de差cha異yi
，在zai對dui鋰li離li子zi電dian池chi組zu串chuan聯lian充chong電dian時shi，電dian池chi組zu中zhong容rong量liang最zui小xiao的de那na隻zhi單dan體ti鋰li離li子zi電dian池chi將jiang最zui先xian充chong滿man電dian
，而er此ci時shi
，其qi他ta電dian池chi還hai沒mei有you充chong滿man電dian，如ru果guo繼ji續xu串chuan聯lian 充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電。

erlilizidianchiguochongdianhuiyanzhongsunhaidianchidexingneng
，shenzhikenenghuidaozhibaozhazaochengrenyuanshanghai，yinci，weilefangzhichuxiandantililizidianchiguochongdian，lilizidianchizushiyongshiyibanpeiyoudianchiguan 理係統（Battery Management System，簡稱BMS）

，通過電池管理係統對每一隻單體鋰離子電池進行過充電等保護。串聯充電時，如果有一隻單體鋰離子電池的電壓達到過充保護電壓， 電池管理係統會將整個串聯充電電路切斷，停止充電，以防止這隻單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池無法充滿電。

經過多年的發展，磷酸鐵鋰動力電池由於具有較高的安全性、很好的循環性能等優勢，已經基本能滿足電動車特別是純電動轎車的要求
，工藝上也基本具備了大規模 生產的條件。然而
，磷酸鐵鋰電池的性能與其他鋰離子電池存在著一定的差異，特別是其電壓特征與錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池等不同。以下是磷酸鐵鋰與錳酸鋰兩種 鋰離子電池的充電曲線與鋰離子脫嵌對應關係的比較：



congshangtudequxianbunankanchu，linsuantielidianchizaikuaichongmandianshi，lilizijihuwanquancongzhengjituoqiandaofuji，dianchiduandianyahuikuaisushangsheng
，chuxianchongdianquxiandeshangqiaoxianxiang，zheyanghuidaozhidianchihenrongyidadaoguochongdianbaohudianya。yincilinsuantielidianchizuzhongmouxiedianchichongbumandiandexianxiangxiangduimengsuanlidianchizueryanhuigengweimingxian。

另外，雖然有些電池管理係統帶有均衡功能，但由於從成本、散熱
、可靠性等多方麵考慮，電池管理係統的均衡電流一般遠小於串聯充電的電流，因此均衡效果不是 很(hen)明(ming)顯(xian)，也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)某(mou)些(xie)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)充(chong)不(bu)滿(man)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang)
，這(zhe)對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)大(da)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)組(zu)
，例(li)如(ru)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)用(yong)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)組(zu)而(er)言(yan)則(ze)更(geng)為(wei)明(ming)顯(xian)。
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例如，將100隻放電容量都為100Ah的鋰離子電池串聯起來組成電池組
，但如果成組前其中99隻單體鋰離子電池荷電80Ah，另外1隻單體鋰離子電池荷 電100Ah
，將此電池組進行串聯充電時，其中荷電100Ah的那隻單體鋰離子電池會先充滿電，從而達到過充保護電壓
，為了防止這隻單體鋰離子電池被過充 電，電池管理係統會將整個串聯充電電路切斷
，也就使得其他99隻電池無法充滿電
，從而整個電池組放電容量也就隻有80Ah。

一yi般ban電dian池chi廠chang家jia出chu廠chang時shi測ce試shi容rong量liang時shi是shi將jiang單dan體ti電dian池chi先xian恒heng流liu充chong電dian再zai恒heng壓ya充chong電dian，然ran後hou恒heng流liu放fang電dian從cong而er測ce出chu放fang電dian容rong量liang。一yi般ban放fang電dian容rong量liang約yue等deng於yu恒heng流liu充chong電dian容rong量liang加jia上shang恒heng壓ya充chong電dian容rong量liang。而er實shi 際ji電dian池chi組zu串chuan聯lian充chong電dian過guo程cheng中zhong對dui單dan體ti電dian池chi而er言yan一yi般ban沒mei有you恒heng壓ya充chong電dian過guo程cheng，所suo以yi恒heng壓ya充chong電dian容rong量liang就jiu會hui沒mei有you，電dian池chi組zu容rong量liang就jiu會hui小xiao於yu單dan體ti電dian池chi容rong量liang。而er一yi般ban充chong電dian電dian流liu越yue小xiao，恒heng壓ya充chong電dian 容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又發展出了電池管理係統和充電機協調配合串聯充電的模式。

2 電池管理係統和充電機協調配合串聯充電

電dian池chi管guan理li係xi統tong是shi對dui電dian池chi的de性xing能neng和he狀zhuang態tai了le解jie最zui為wei全quan麵mian的de設she備bei，所suo以yi將jiang電dian池chi管guan理li係xi統tong和he充chong電dian機ji之zhi間jian建jian立li聯lian係xi
，就jiu能neng使shi充chong電dian機ji實shi時shi地di了le解jie電dian池chi的de信xin息xi，從cong而er更geng有you效xiao地di解jie決jue電dian池chi的de充chong電dian時shi產chan生sheng一yi些xie的de問wen題ti
，其qi原yuan理li圖tu如ru下xia。

電池管理係統和充電機協調配合充電模式的原理為：電池管理係統通過對電池的當前狀態（如溫度、單體電池電壓
、電池工作電流、一致性以及溫升等）進行監控， 並利用這些參數對當前電池的最大允許充電電流進行估算
；充電過程中，通過通信線將電池管理係統和充電機聯係起來，實現數據的共享。電池管理係統將總電壓、 最高單體電池電壓、最高溫度、溫升
、最大允許充電電壓、最高允許單體電池電壓以及最大允許充電電流等參數實時地傳送到充電機

，充電機就能根據電池管理係統 提供的信息改變自己的充電策略和輸出電流。
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當電池管理係統提供的最大允許充電電流比充電機設計的電流容量高時，充電機按照設計的最大輸出電流充電
；當電池的電壓、溫度超限時，電池管理係統能實時檢 測到並及時通知充電機改變電流輸出
；當充電電流大於最大允許充電電流時，充電機開始跟隨最大允許充電電流
，這樣就有效地防止了電池過充電
，達到延長電池壽 命的目的。充電過程中一旦出現故障

，電池管理係統可以將最大允許充電電流設為0，迫使充電機停機，避免發生事故，保障充電的安全。

在(zai)該(gai)充(chong)電(dian)模(mo)式(shi)下(xia)
，既(ji)完(wan)善(shan)了(le)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)管(guan)理(li)和(he)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，又(you)能(neng)使(shi)充(chong)電(dian)機(ji)根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)的(de)狀(zhuang)態(tai)，實(shi)時(shi)地(di)改(gai)變(bian)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，達(da)到(dao)防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)所(suo)有(you)電(dian)池(chi)發(fa)生(sheng)過(guo)充(chong)電(dian)以(yi)及(ji)優(you)化(hua) 充chong電dian的de目mu的de
，電dian池chi組zu的de實shi際ji放fang電dian容rong量liang也ye要yao大da於yu普pu通tong的de串chuan聯lian充chong電dian方fang法fa，但dan是shi這zhe種zhong方fang法fa還hai是shi解jie決jue不bu了le電dian池chi組zu中zhong某mou些xie電dian池chi充chong不bu滿man電dian的de問wen題ti，特te別bie是shi當dang電dian池chi組zu串chuan數shu多duo、電池一 致性差、充電電流較大時。

3 並聯充電

為了解決電池組中某些單體電池過充和充不滿電的問題
，又發展出了並聯充電的辦法，其原理圖如下。

但是並聯充電方法需要采用多個低電壓
、大電流的充電電源為每一隻單體電池充電，存在充電電源成本高
、可靠性低、充電效率低、連接線徑粗等缺陷
，因此目前沒有大範圍使用這種充電方法。

4 串聯大電流充電加小電流並聯充電

由(you)於(yu)上(shang)述(shu)三(san)種(zhong)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)都(dou)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)問(wen)題(ti)，本(ben)人(ren)發(fa)展(zhan)出(chu)一(yi)種(zhong)最(zui)適(shi)合(he)高(gao)電(dian)壓(ya)電(dian)池(chi)組(zu)，特(te)別(bie)是(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)
，即(ji)采(cai)用(yong)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)和(he)充(chong)電(dian)機(ji)協(xie)調(tiao)配(pei)合(he)串(chuan)聯(lian)大(da)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)加(jia)恒(heng)壓(ya)限(xian)流(liu)的(de)並(bing)聯(lian)小(xiao)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)的(de)模(mo)式(shi)，原(yuan)理(li)圖(tu)見(jian)下(xia)。


此充電方法有如下特點：

（1）由於此係統的BMS具有防止過充電的功能
，從而保證電池不會出現過充電的問題。當然如果BMS不bu能neng與yu並bing聯lian充chong電dian電dian源yuan進jin行xing通tong信xin和he控kong製zhi
，由you於yu並bing聯lian充chong電dian電dian源yuan的de恒heng壓ya值zhi一yi般ban與yu鋰li離li子zi電dian池chi組zu中zhong單dan體ti鋰li離li子zi電dian池chi充chong滿man電dian時shi的de電dian壓ya值zhi相xiang同tong
，所suo以yi也ye不bu會hui出chu現xian過guo充chong電dian的de問wen題ti。

（2）youyukeyijinxingbinglianchongdiansuoyibuxuyaokekaoxingdi
，chengbenxiangduijiaogaodejunhengdianlu，bingqiechongdianxiaoguoyaohaoyuzhidaijunhengdianludechuanlianchongdianfangfa，bingqieqiweihuguanliyejianbianyixing。

（3）由於串聯充電的最大電流遠大於並聯充電的電流（一般5倍以上），從而可以保證在較短的時間充進去較高的容量，從而發揮出串聯充電的最大效果。

（4）充電時串聯充電與並聯充電的順序以及並聯充電電源的數量可以靈活掌握，可以同時進行充電；可以串聯充電結束後再進行並聯充電；也可以用一個並聯充電電源根據電池組中電壓的情況給電壓最低的電池進行輪流充電。

（5）隨著技術的發展，並聯充電電源可以為非接觸性充電電源（無線充電電源）或太陽能電池電源，從而使並聯充電變得簡單。

（6）當鋰離子電池組中單體鋰離子電池數目較多時，可以將鋰離子電池組分成數個鋰離子電池組模塊，對每個鋰離子電池組模塊采用BMS和充電機協調配合串聯大電流充電與恒壓限流的並聯小電流充電相結合的方式進行充電。

其主要目的是減少電池組中串聯電池數量較多時，單體電池之間一致性相對更差
，從而導致BMS和充電機協調配合的充電方法的充電效果差的缺點，以便發揮出BMS和充電機協調配合充電模式的最大效果。

這種方法特別適合高電壓電池組是由可快速更換的低電壓（例如48V）電池模塊係統組成的電池係統，這樣就可以在電池更換站或充電站進行並聯充電或修複（一般的用戶平時充電時可以不用並聯充電），並由專人根據實際情況進行分選和重新配組。

總(zong)之(zhi)，這(zhe)種(zhong)采(cai)用(yong)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)和(he)充(chong)電(dian)機(ji)協(xie)調(tiao)配(pei)合(he)串(chuan)聯(lian)大(da)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)加(jia)恒(heng)壓(ya)限(xian)流(liu)的(de)並(bing)聯(lian)小(xiao)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)的(de)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)可(ke)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)組(zu)串(chuan)聯(lian)充(chong)電(dian)易(yi)出(chu)現(xian)的(de)過(guo)充(chong)電(dian)、充不滿 電等問題，且可避免並聯充電的充電電源成本高
、可靠性低、充電效率低、連接線徑粗等問題
，是目前最適合高電壓電池組，特別是電動汽車電池組的充電方法。