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:shejiyigegaojingdudehengdingdianyakongzhidianlu,bingzaigaidianyahuanluneitianjiagaojingdudedianliuxianzhihuanlu。dianliuxianzhihuanluyongyuxianzhidianchidechongdiandianliu,zhidaodianchidianyazhenzhengdadaozhongzhidianya (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)。
maichongchongdianhequjihuamaichongdefangshiyekeyiduijuhewulilizidianchijinxingchongdian。weiletigaojuhewulilizidianchichongdiandexiaoguo,chulejinxingbiandianliuchongdianyijichongdianboxing(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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