詳解聚合物鋰離子電池的充放電方式
發布時間:2014-04-18 責任編輯:mikeliu
【導讀】聚ju合he物wu鋰li離li子zi電dian池chi是shi現xian在zai很hen流liu行xing的de電dian池chi之zhi一yi。由you於yu其qi具ju有you良liang好hao的de性xing能neng,被bei大da多duo數shu人ren所suo喜xi歡huan。但dan是shi聚ju合he物wu鋰li離li子zi電dian池chi在zai充chong電dian時shi又you要yao注zhu意yi什shen麼me事shi項xiang呢ne?又you有you什shen麼me樣yang子zi的de充chong電dian方fang式shi呢ne?那na就jiu趕gan快kuai來lai看kan看kan吧ba!
聚合物鋰離子電池的充電方式與液體鋰離子電池基本上相同,主要有兩種方式:恒heng流liu充chong電dian和he恒heng壓ya充chong電dian,當dang然ran兩liang者zhe也ye可ke以yi交jiao叉cha進jin行xing。前qian者zhe主zhu要yao用yong於yu實shi驗yan室shi研yan究jiu,後hou者zhe則ze較jiao少shao用yong。在zai恒heng流liu充chong電dian過guo程cheng中zhong,電dian壓ya起qi始shi升sheng高gao較jiao快kuai,容rong量liang一yi般ban隨sui時shi間jian線xian性xing增zeng加jia,內nei阻zu也ye不bu斷duan增zeng加jia。商shang品pin鋰li離li子zi電dian池chi則ze是shi先xian采cai用yong恒heng流liu充chong電dian,然ran後hou采cai用yong恒heng壓ya充chong電dian。電dian壓ya、電流和充電量隨充電時間的變化。恒流、恒壓充電方式最簡單的電路實現方法為:設(she)計(ji)一(yi)個(ge)高(gao)精(jing)度(du)的(de)恒(heng)定(ding)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu),並(bing)在(zai)該(gai)電(dian)壓(ya)環(huan)路(lu)內(nei)添(tian)加(jia)高(gao)精(jing)度(du)的(de)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)環(huan)路(lu)。電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)環(huan)路(lu)用(yong)於(yu)限(xian)製(zhi)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu),直(zhi)到(dao)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)真(zhen)正(zheng)達(da)到(dao)終(zhong)止(zhi)電(dian)壓(ya) (單體聚合物鋰離子電池通常為4V)。

當電池電壓剛剛達到終止電壓時,電池實際上隻完成了充電的70%~80%。因此需要在恒壓模式下繼續對電池充電,直到流入電池的電流衰減到最小(5%C)時(shi),才(cai)說(shuo)明(ming)電(dian)池(chi)達(da)到(dao)滿(man)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)或(huo)檢(jian)測(ce)中(zhong),也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)脈(mai)衝(chong)放(fang)電(dian)或(huo)充(chong)電(dian)方(fang)式(shi)。脈(mai)衝(chong)充(chong)電(dian)為(wei)將(jiang)全(quan)波(bo)整(zheng)流(liu)後(hou)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)直(zhi)接(jie)接(jie)至(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),當(dang)全(quan)波(bo)處(chu)於(yu)上(shang)升(sheng)沿(yan)時(shi),電(dian)壓(ya)將(jiang)超(chao)過(guo)設(she)定(ding)的(de)閾(yu)值(zhi)時(shi),切(qie)斷(duan)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu);當dang全quan波bo信xin號hao的de電dian壓ya降jiang至zhi低di於yu閾yu值zhi時shi,充chong電dian電dian路lu再zai次ci啟qi動dong。使shi用yong這zhe一yi電dian路lu,電dian池chi僅jin在zai線xian性xing充chong電dian器qi的de輸shu入ru輸shu出chu電dian壓ya差cha較jiao低di時shi充chong電dian。這zhe可ke以yi減jian小xiao便bian攜xie式shi設she備bei的de功gong率lv損sun耗hao,同tong時shi允yun許xu使shi用yong簡jian單dan的de全quan波bo整zheng流liu適shi配pei器qi,電池充電器價格低。
聚ju合he物wu鋰li離li子zi電dian池chi的de放fang電dian方fang式shi在zai實shi際ji過guo程cheng中zhong主zhu要yao是shi負fu荷he固gu定ding的de方fang式shi。盡jin管guan負fu荷he的de電dian阻zu不bu變bian,然ran而er電dian池chi的de電dian阻zu會hui發fa生sheng變bian化hua。隨sui放fang電dian過guo程cheng的de進jin行xing,電dian壓ya下xia降jiang。當dang電dian壓ya降jiang低di到dao一yi定ding值zhi時shi,會hui發fa生sheng過guo放fang,導dao致zhi集ji流liu體ti的de溶rong解jie。為wei了le檢jian測ce電dian池chi的de性xing能neng,也ye可ke以yi采cai用yong恒heng流liu放fang電dian方fang式shi。電dian池chi的de輸shu出chu功gong率lv與yu放fang電dian電dian流liu有you關guan。當dang電dian流liu位wei於yu一yi適shi中zhong值zhi,輸shu出chu功gong率lv最zui大da(Pmax)。通常可接受的最大功率為Padm。隨(sui)著(zhe)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)發(fa)展(zhan),充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)也(ye)得(de)到(dao)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao),以(yi)期(qi)縮(suo)短(duan)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian),提(ti)高(gao)充(chong)電(dian)效(xiao)率(lv)和(he)改(gai)進(jin)充(chong)電(dian)效(xiao)果(guo),例(li)如(ru)多(duo)階(jie)段(duan)變(bian)電(dian)流(liu)間(jian)歇(xie)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)、初始電流大的多階段恒流充電等。在聚合物鋰離子電池的充電過程中,不可避免會發生包括歐姆極化、濃差極化和電化學極化等在內的極化現象,導致充電電壓升高、充電效率降低。為了減小充電過程產生的極化,有效增大充電量,提高充電效率,可以采用去極化的方式。去極化的方式主要有兩種:自然去極化(即采用中途停止充電、間歇的方式)和強製去極化 (即采用脈衝放電的方式)。
脈(mai)衝(chong)充(chong)電(dian)和(he)去(qu)極(ji)化(hua)脈(mai)衝(chong)的(de)方(fang)式(shi)也(ye)可(ke)以(yi)對(dui)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)效(xiao)果(guo),除(chu)了(le)進(jin)行(xing)變(bian)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)以(yi)及(ji)充(chong)電(dian)波(bo)形(xing)(利用間歇和放電脈衝)的改進,還需要考慮電池狀態 (包括荷電狀態或可接受充電電流以及老化狀態)對dui充chong電dian的de影ying響xiang。隨sui電dian池chi充chong電dian的de增zeng多duo,其qi可ke接jie受shou充chong電dian電dian流liu減jian小xiao。並bing且qie,隨sui著zhe電dian池chi循xun環huan次ci數shu的de增zeng多duo,電dian池chi老lao化hua嚴yan重zhong,其qi充chong電dian特te性xing也ye逐zhu漸jian變bian劣lie。
在不同的充電或放電狀態下,正極、負fu極ji的de狀zhuang態tai不bu一yi樣yang,電dian阻zu也ye不bu一yi樣yang。了le解jie其qi變bian化hua對dui於yu正zheng確que理li解jie聚ju合he物wu鋰li離li子zi電dian池chi的de充chong放fang電dian行xing為wei具ju有you積ji極ji意yi義yi。對dui於yu整zheng個ge電dian池chi而er言yan,電dian池chi的de電dian阻zu由you本ben體ti電dian阻zu、膜電阻 (Rsei)和電荷傳遞阻抗 (Rct)組成。在循環過程中,發現電池的本體電阻和膜電阻不變,而電荷傳遞阻抗表現出2個最小值。溫度降低時,Rct明顯減少,決定電池的電阻。在低溫下充電比放電更難。處於全充電狀態時,電阻主要由負極的SEI膜決定;而處於全放電狀態時,主要由正極的電荷傳遞阻抗決定。大電流下的放電容量受正極中鋰離子的擴散係數限製,而負極的影響很小。200次循環後,正極的電阻增加最大,例如充電狀態為50%時,增加約200%。低溫放電時,負極的電阻最大。放電快結束時,正極電阻占據主要地位,而負極的電阻減少。
為了衡量聚合物鋰離子電池的循環性能,如果進行實際測試,直到循環達到500次或容量衰減到80%為(wei)止(zhi),將(jiang)花(hua)費(fei)大(da)量(liang)時(shi)間(jian)。通(tong)過(guo)一(yi)係(xi)列(lie)試(shi)驗(yan),也(ye)可(ke)以(yi)建(jian)立(li)一(yi)套(tao)模(mo)型(xing),采(cai)用(yong)該(gai)模(mo)型(xing)來(lai)估(gu)計(ji)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)。該(gai)方(fang)法(fa)比(bi)較(jiao)省(sheng)時(shi),但(dan)目(mu)前(qian)還(hai)有(you)許(xu)多(duo)問(wen)題(ti)要(yao)解(jie)決(jue)。
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