如何实现充电机充电锂离子蓄电池组电化学均衡？
2017-10-9 10:11:51 点击：
长期以来充电机充电锂离子蓄电池单体一致性差是困扰着充电机充电锂离子蓄电池组规划难题，这儿我们所说的一致性不仅仅是指传统意义上的容量、电压等参数，还包含了单体充电机充电蓄电池的容量衰降速度、内阻衰降速度和充电机充电蓄电池组的温度散布等要素。理想情况下，同一批次的充电机充电锂离子蓄电池应该具有相同的电化学功能，可是实际上因为制造进程中的差错，会使锂离子单体充电机充电蓄电池之间存在不一致性。充电机充电蓄电池组往往由数百只，乃至是数千只单体充电机充电蓄电池经过串并联而成，因而充电机充电蓄电池组的容量遭到单体充电机充电蓄电池的不一致性影响很大（对充电机充电蓄电池组功能影响最大的不一致性要素包含库伦功率的不一致、自放电率的不一致、内阻添加速度的不一致等），研讨显现即便是单体充电机充电蓄电池循环寿数到达1000次以上，组成充电机充电蓄电池组后，充电机充电蓄电池组的寿数可能不足200次【1】。
因而关于一个由数量众多的单体充电机充电蓄电池组成的充电机充电蓄电池组而言均衡设备是有必要的，目前上市面上常见的均衡办法首要是凭借电子设备完结单体充电机充电蓄电池之间的电压均衡，因而技术上也都迥然不同。近来德国斯图加特大学的Alexander U. Schmid等人运用Ni金属氢化物充电机充电蓄电池（NiMH）和Ni-Zn充电机充电蓄电池完结了充电机充电蓄电池组的电化学均衡，为充电机充电蓄电池组的均衡供给了一个新的思路。
因为充电机充电锂离子蓄电池作业原理的约束，其抗过充的才能很弱，在过充情况下可能发作电解液分化、析锂等问题。NiMH充电机充电蓄电池在发作过充的情况下，电解液中的H2O会在正负极分化发作的O2和H2，而O2和H2能够在催化剂的效果下从头结合生成水，然后构成一个完好的循环。在C/3-C/10的小倍率下，气体发作的速率简直与其再结合的速率相同，因而NiMH充电机充电蓄电池的抗过充功能非常好。根据上述原理，Alexander U. Schmid将NiMH充电机充电蓄电池和相似的Ni-Zn充电机充电蓄电池用来对充电机充电锂离子蓄电池组进行均衡。在运用这种电化学均衡手法时，传统的电压监测和电子均衡单元都能够省掉，有用下降了充电机充电蓄电池组办理的杂乱程度，进步充电机充电蓄电池组的可靠性。
Alexander U. Schmid选取了LiFePO4和Li4Ti5O12资料作为试验目标，原因是这两种资料对过充都具有必定的耐受才能，并且在彻底脱锂后电压会快速上升，此刻NiMH和Ni-Zn充电机充电蓄电池承当起电流Bypass的效果，剩余的电流会流入到NiMH和Ni-Zn充电机充电蓄电池之中，然后防止充电机充电锂离子蓄电池发作过充。
其作业原理如下图所示，用于均衡的NiMH充电机充电蓄电池或许Ni-Zn充电机充电蓄电池经过并联的办法与充电机充电锂离子蓄电池衔接在一同，当充电机充电蓄电池组中的一组串联低容量充电机充电蓄电池充满电后，电压到达阀值，此刻与之并联的NiMH充电机充电蓄电池承当起了分流的效果，一切的电流基本上都流过NiMH充电机充电蓄电池，不再流过充电机充电锂离子蓄电池，然后防止了充电机充电锂离子蓄电池发作过充。在这个进程中充电机充电锂离子蓄电池和NiMH电压和电流的改动如下图b所示，在完美匹配的情况下，充电机充电锂离子蓄电池电流如赤色曲线所示。
下表为试验中运用到的充电机充电蓄电池的信息，试验中首要用到了LFP/石墨，LMO/LTO，LFP/LTO，Ni-Zn和NiMH充电机充电蓄电池。
下图为试验中选用的几种充电机充电蓄电池的容量-电压曲线图，其间2´NiZn的意思是两个Ni-Zn充电机充电蓄电池串联在一同，能够看到两只串联的Ni-Zn充电机充电蓄电池最大电压为3.95V（I=150mA），刚好能用于LFP/C充电机充电蓄电池上，防止其发作过充。一个Ni-Zn充电机充电蓄电池能够与LFP／LTO充电机充电蓄电池并联，防止充电机充电蓄电池发作过充，或许两只NiMH充电机充电蓄电池串联与LMO/LTO并联，此刻最大电压会到达3V以上，而LMO/LTO充电机充电蓄电池的最大电压为2.8V左右，可是只需LMO/LTO充电机充电蓄电池电压不超越3.2V就是可接受的，并且LMO/LTO充电机充电蓄电池从2.8-3.2V添加的容量仅为0.65Ah，约为常温容量的6.5%，因而对充电机充电蓄电池的功能影响不大。
下图展现了LMO/LTO充电机充电蓄电池与两个串联的NiMH充电机充电蓄电池一同作业的情况，能够看到在充电机充电蓄电池组充电的进程中首先是LMO/LTO充电机充电蓄电池被充满，当到达某一个点时，电流开端发作改动，流经LMO/LTO充电机充电蓄电池的电流开端减小，流经NiMH充电机充电蓄电池的电流在添加，终究流经LMO/LTO充电机充电蓄电池的电流下降为0，一切的电流都流过NiMH充电机充电蓄电池，因而此刻充电机充电蓄电池组的电压不再添加。放电进程中两种充电机充电蓄电池是一起开端放电，因为NiMH充电机充电蓄电池容量较小，因而很快电流下降为0，首要由LMO/LTO充电机充电蓄电池完结放电。
下图为LFP/C-2NiZn充电机充电蓄电池模块的作业情况，能够看到，在开端充电的时分，简直一切的电流都会进入LFP/C充电机充电蓄电池，只需80mA左右的电流经过NiZn充电机充电蓄电池。随后在t=1.2h，电流的流向发作了彻底的改变，电流开端首要流过NiZn充电机充电蓄电池，因而为了防止NiZn充电机充电蓄电池发作过热，因而模块的充电电流分成了几步，首先是1.1A，然后是0.75A，然后是0.3A，然后是0.15A。放电进程开端的时分NiZn充电机充电蓄电池供给了最大的电流，随后其电流开端下降，LFP／C充电机充电蓄电池的电流开端逐渐添加。
下表是对几种充电机充电蓄电池与NiZN、NiMH充电机充电蓄电池并联时的效果的总结，从榜首列能够看到几种并联办法都能够使的充电机充电蓄电池组的最大电压小于充电机充电锂离子蓄电池的最大约束电压，防止充电机充电锂离子蓄电池发作过充。从第二列能够看到，除了LFP／LTO-NiZn充电机充电蓄电池不能充分运用充电机充电锂离子蓄电池容量外，其他的两种并联办法都能够充分的运用充电机充电锂离子蓄电池的容量，因而也能够完结对充电机充电蓄电池组的均衡（第三列）。从第四列能够看到，遭到并联的NiZn、NiMH充电机充电蓄电池的影响，充电机充电蓄电池组的最大放电电流要小于充电机充电锂离子蓄电池的最大电流，因而在实际运用中需求选用高功率型的NiZn、NiMH充电机充电蓄电池，以确保充电机充电蓄电池组的功能不下降。
下图为两个串联的LFP/C-2NiZn充电机充电蓄电池的充放电作业情况，两个串联LFP/C充电机充电蓄电池的初始容量差值为200mAh，在经过如下一个充放电后，两个充电机充电蓄电池组的容量差值下降为100mAh，也就是说在一个循环中两个串联充电机充电蓄电池组中有8%的容量完结了均衡。
Alexander U. Schmid的作业为充电机充电蓄电池组均衡供给了一个新的思路，NiMH、NiZn充电机充电蓄电池因为规划特色，因而在发作过充时，电解液中的水会分别在正负极发作分化，发作O2和H2，在充电机充电蓄电池内催化剂的效果下，O2会与H2结合发作水，完结一个循环，因而NiMH和NiZn具有非常好的抗过充功能，我们刚好能够运用这一点，经过单个或许几个串联的NiMH、NiZn充电机充电蓄电池与充电机充电锂离子蓄电池并联，在充电电压到达上限时，电流简直会悉数流过NiMH、NiZn充电机充电蓄电池，然后防止充电机充电锂离子蓄电池过充。我们相同能够运用这一点完结对充电机充电锂离子蓄电池组的均衡，我们只需继续对充电机充电蓄电池组进行充电，就能确保一切的充电机充电蓄电池都能彻底充电，而不担心会有的充电机充电蓄电池发作过充，然后进步充电机充电蓄电池组内容量的一致性，试验也证明一个充放电循环就能完结8%的容量均衡（LFP/C-2NiZn）。该办法最大的优势在于，整个进程中不需求对充电机充电蓄电池组中的单体充电机充电蓄电池进行电压监控，彻底是主动完结的，因而极大的简化了充电机充电蓄电池组的结构，进步了充电机充电蓄电池组的可靠性。
因而关于一个由数量众多的单体充电机充电蓄电池组成的充电机充电蓄电池组而言均衡设备是有必要的，目前上市面上常见的均衡办法首要是凭借电子设备完结单体充电机充电蓄电池之间的电压均衡，因而技术上也都迥然不同。近来德国斯图加特大学的Alexander U. Schmid等人运用Ni金属氢化物充电机充电蓄电池（NiMH）和Ni-Zn充电机充电蓄电池完结了充电机充电蓄电池组的电化学均衡，为充电机充电蓄电池组的均衡供给了一个新的思路。
因为充电机充电锂离子蓄电池作业原理的约束，其抗过充的才能很弱，在过充情况下可能发作电解液分化、析锂等问题。NiMH充电机充电蓄电池在发作过充的情况下，电解液中的H2O会在正负极分化发作的O2和H2，而O2和H2能够在催化剂的效果下从头结合生成水，然后构成一个完好的循环。在C/3-C/10的小倍率下，气体发作的速率简直与其再结合的速率相同，因而NiMH充电机充电蓄电池的抗过充功能非常好。根据上述原理，Alexander U. Schmid将NiMH充电机充电蓄电池和相似的Ni-Zn充电机充电蓄电池用来对充电机充电锂离子蓄电池组进行均衡。在运用这种电化学均衡手法时，传统的电压监测和电子均衡单元都能够省掉，有用下降了充电机充电蓄电池组办理的杂乱程度，进步充电机充电蓄电池组的可靠性。
Alexander U. Schmid选取了LiFePO4和Li4Ti5O12资料作为试验目标，原因是这两种资料对过充都具有必定的耐受才能，并且在彻底脱锂后电压会快速上升，此刻NiMH和Ni-Zn充电机充电蓄电池承当起电流Bypass的效果，剩余的电流会流入到NiMH和Ni-Zn充电机充电蓄电池之中，然后防止充电机充电锂离子蓄电池发作过充。
其作业原理如下图所示，用于均衡的NiMH充电机充电蓄电池或许Ni-Zn充电机充电蓄电池经过并联的办法与充电机充电锂离子蓄电池衔接在一同，当充电机充电蓄电池组中的一组串联低容量充电机充电蓄电池充满电后，电压到达阀值，此刻与之并联的NiMH充电机充电蓄电池承当起了分流的效果，一切的电流基本上都流过NiMH充电机充电蓄电池，不再流过充电机充电锂离子蓄电池，然后防止了充电机充电锂离子蓄电池发作过充。在这个进程中充电机充电锂离子蓄电池和NiMH电压和电流的改动如下图b所示，在完美匹配的情况下，充电机充电锂离子蓄电池电流如赤色曲线所示。
下表为试验中运用到的充电机充电蓄电池的信息，试验中首要用到了LFP/石墨，LMO/LTO，LFP/LTO，Ni-Zn和NiMH充电机充电蓄电池。
下图为试验中选用的几种充电机充电蓄电池的容量-电压曲线图，其间2´NiZn的意思是两个Ni-Zn充电机充电蓄电池串联在一同，能够看到两只串联的Ni-Zn充电机充电蓄电池最大电压为3.95V（I=150mA），刚好能用于LFP/C充电机充电蓄电池上，防止其发作过充。一个Ni-Zn充电机充电蓄电池能够与LFP／LTO充电机充电蓄电池并联，防止充电机充电蓄电池发作过充，或许两只NiMH充电机充电蓄电池串联与LMO/LTO并联，此刻最大电压会到达3V以上，而LMO/LTO充电机充电蓄电池的最大电压为2.8V左右，可是只需LMO/LTO充电机充电蓄电池电压不超越3.2V就是可接受的，并且LMO/LTO充电机充电蓄电池从2.8-3.2V添加的容量仅为0.65Ah，约为常温容量的6.5%，因而对充电机充电蓄电池的功能影响不大。
下图展现了LMO/LTO充电机充电蓄电池与两个串联的NiMH充电机充电蓄电池一同作业的情况，能够看到在充电机充电蓄电池组充电的进程中首先是LMO/LTO充电机充电蓄电池被充满，当到达某一个点时，电流开端发作改动，流经LMO/LTO充电机充电蓄电池的电流开端减小，流经NiMH充电机充电蓄电池的电流在添加，终究流经LMO/LTO充电机充电蓄电池的电流下降为0，一切的电流都流过NiMH充电机充电蓄电池，因而此刻充电机充电蓄电池组的电压不再添加。放电进程中两种充电机充电蓄电池是一起开端放电，因为NiMH充电机充电蓄电池容量较小，因而很快电流下降为0，首要由LMO/LTO充电机充电蓄电池完结放电。
下图为LFP/C-2NiZn充电机充电蓄电池模块的作业情况，能够看到，在开端充电的时分，简直一切的电流都会进入LFP/C充电机充电蓄电池，只需80mA左右的电流经过NiZn充电机充电蓄电池。随后在t=1.2h，电流的流向发作了彻底的改变，电流开端首要流过NiZn充电机充电蓄电池，因而为了防止NiZn充电机充电蓄电池发作过热，因而模块的充电电流分成了几步，首先是1.1A，然后是0.75A，然后是0.3A，然后是0.15A。放电进程开端的时分NiZn充电机充电蓄电池供给了最大的电流，随后其电流开端下降，LFP／C充电机充电蓄电池的电流开端逐渐添加。
下表是对几种充电机充电蓄电池与NiZN、NiMH充电机充电蓄电池并联时的效果的总结，从榜首列能够看到几种并联办法都能够使的充电机充电蓄电池组的最大电压小于充电机充电锂离子蓄电池的最大约束电压，防止充电机充电锂离子蓄电池发作过充。从第二列能够看到，除了LFP／LTO-NiZn充电机充电蓄电池不能充分运用充电机充电锂离子蓄电池容量外，其他的两种并联办法都能够充分的运用充电机充电锂离子蓄电池的容量，因而也能够完结对充电机充电蓄电池组的均衡（第三列）。从第四列能够看到，遭到并联的NiZn、NiMH充电机充电蓄电池的影响，充电机充电蓄电池组的最大放电电流要小于充电机充电锂离子蓄电池的最大电流，因而在实际运用中需求选用高功率型的NiZn、NiMH充电机充电蓄电池，以确保充电机充电蓄电池组的功能不下降。
下图为两个串联的LFP/C-2NiZn充电机充电蓄电池的充放电作业情况，两个串联LFP/C充电机充电蓄电池的初始容量差值为200mAh，在经过如下一个充放电后，两个充电机充电蓄电池组的容量差值下降为100mAh，也就是说在一个循环中两个串联充电机充电蓄电池组中有8%的容量完结了均衡。
Alexander U. Schmid的作业为充电机充电蓄电池组均衡供给了一个新的思路，NiMH、NiZn充电机充电蓄电池因为规划特色，因而在发作过充时，电解液中的水会分别在正负极发作分化，发作O2和H2，在充电机充电蓄电池内催化剂的效果下，O2会与H2结合发作水，完结一个循环，因而NiMH和NiZn具有非常好的抗过充功能，我们刚好能够运用这一点，经过单个或许几个串联的NiMH、NiZn充电机充电蓄电池与充电机充电锂离子蓄电池并联，在充电电压到达上限时，电流简直会悉数流过NiMH、NiZn充电机充电蓄电池，然后防止充电机充电锂离子蓄电池过充。我们相同能够运用这一点完结对充电机充电锂离子蓄电池组的均衡，我们只需继续对充电机充电蓄电池组进行充电，就能确保一切的充电机充电蓄电池都能彻底充电，而不担心会有的充电机充电蓄电池发作过充，然后进步充电机充电蓄电池组内容量的一致性，试验也证明一个充放电循环就能完结8%的容量均衡（LFP/C-2NiZn）。该办法最大的优势在于，整个进程中不需求对充电机充电蓄电池组中的单体充电机充电蓄电池进行电压监控，彻底是主动完结的，因而极大的简化了充电机充电蓄电池组的结构，进步了充电机充电蓄电池组的可靠性。
- 上一篇：2017年中国充电机充电锂电池行业发展是否有星星之火可以燎原 2017/10/9
- 下一篇：充电机充电锂电池正极材料研究中纳米超容量材料应用纪实 2017/10/9