磷酸铁锂动力电池组结构工作原理及性能

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磷酸铁锂动力电池组结构工作原理及性能

磷酸铁锂动力电池组结构工作原理及性能
磷酸铁锂动力电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元锂电池材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。下面由电池之都为大家讲解磷酸铁锂动力电池组工作结构原理及性能:
磷酸铁锂动力电池组结构与工作原理:
磷酸铁锂动力电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的.LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。
磷酸铁锂动力电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
磷酸铁锂动力电池组主要性能:
磷酸铁锂动力电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同,其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池),其电池的容量有较大差别(10%~20%)。
磷酸铁锂动力电池组主要性能如下:为了与其他可充电电池的相比较,也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是,不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池组在各项性能参数上会有一些差别;另外,有一些电池性能未列入,如电池内阻、自放电率、充放电温度等。
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锂电池常见快速充电方法
锂电池的充电方法有很多种,针对快速充电的要求,其主要方法包括脉冲充电、Reflex 充电,和智能充电。不同的电池类型,其适用的充电方式也不完全相同,在方法这节不做具体区分。下面由电池之都为大家讲解锂电池常见快速充电方法:
1脉冲充电
这是来自文献中的一个脉冲充电方式,其脉冲阶段设置在充电触及上限电压4.2V以后,并在4.2V以上持续进行。
暂且不提其具体参数设置的合理性,不同类型电芯存在差异。
我们关注一下脉冲实施过程。
下面是脉冲充电曲线,主要包括三个阶段:预充、恒流充电和脉冲充电。
在恒流充电过程中以恒定电流对电池进行充电,部分能量被转移到电池内部。
当电池电压上升到上限电压(4.2 V)时,进入脉冲充电模式:用1 C 的脉冲电流间歇地对电池充电。
在恒定的充电时间Tc内电池电压会不断升高,充电停止时电压会慢慢下降。
当电池电压下降到上限电压(4.2 V)后,以同样的电流值对电池充电,开始下一个充电周期,如此循环充电直到电池充满。
在脉冲充电过程中,电池电压下降速度会渐渐减慢,停充时间T0会变长,当恒流充电占空比低至5%~10%时,认为电池已经充满,终止充电。
与常规充电方法相比,脉冲充电能以较大的电流充电,在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除,使下一轮的充电更加顺利地进行,充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小,因而目前被广泛使用。
但其缺点很明显:需要一个有限流功能的电源,这增加了脉冲充电方式的成本。
2间歇充电法
锂电池间歇充电法包括变电流间歇充电法和变电压间歇充电法。
1)变电流间歇充电法
变电流间歇充电法是由厦门大学陈体衔教授提出来的,它的特点是将恒流充电改为限压变电流间歇充电。
如下图所示,变电流间歇充电法的第一阶段,先采用较大电流值对电池充电,在电池电压达到截止电压V0时停止充电,此时电池电压急剧下降。
保持一段停充时间后,采用减小的充电电流继续充电。当电池电压再次上升到截止电压V0时停止充电,如此往复数次(一般约为3~4 次)充电电流将减小设定的截止电流值。
然后进入恒电压充电阶段,以恒定电压对电池充电直到充电电流减小到下限值,充电结束。
变电流间歇充电法的主充阶段在限定充电电压条件下,采用了电流逐渐减小的间歇方式加大了充电电流,即加快了充电过程,缩短了充电时间。
但是这种充电模式电路比较复杂、造价高,一般只有在大功率快充时才考虑采用。
2)变电压间歇充电
在变电流间歇充电法的基础上,有人又研究了变电压间歇充电法。两者的差异就在于第一阶段的充电过程,将间歇恒流换成间歇恒压。
比较上面图(a)和图 (b),可见恒压间歇充电更符合最佳充电的充电曲线。
在每个恒压充电阶段,由于电压恒定,充电电流自然按照指数规律下降,符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
3)Reflex 快速充电法
Reflex 快速充电方法,又被称为反射充电方法或打嗝”充电方法。
该方法的每个工作周期包括正向充电、反向瞬间放电和停充3 个阶段。
它在很大的程度上解决了电池极化现象,加快了充电速度。但是反向放电会缩短锂电池寿命。
如上图 所示,在每个充电周期中,先采用2 C 的电流充电时间为10 s 的Tc,然后停充时间为0.5 s的Tr1,反向放电时间为1 s 的Td,停充时间为0.5 s 的Tr2,每个充电循环时间为12 s。随着充电的进行,充电电流会逐渐变小。
4)智能充电法
智能充电是目前较先进的充电方法,如下图所示,其主要原理是应用du/dt 和di /dt 控制技术,通过检查电池电压和电流的增量来判断电池充电状态,动态跟踪电池可接受的充电电流,使充电电流自始自终在电池可接受的最大充电曲线附近。
这类智能方法,一般结合神经网络和模糊控制等先进算法技术,实现系统的自动优化。
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锂电池备受欢迎的6大因素
随着人们对环境的关注,新能源被广泛的开发出来,其中锂电池就是其中的佼佼者,那么锂电池有哪些优势被人们所广泛的关注呢?下面由电池之都为大家讲解锂电池备受欢迎的6大因素:
1、锂电池电压高,重量轻。一个单体电池平均电压就能达到3.7V或者3.2V.相对等于2-4个镍氢电池或镍隔电池的串联电压。如果客户要求使用电池的电压过关,那么选用锂电池也容易方便组成锂电池组,方便快捷把锂电池电压提升。
2、锂电池的能量和密度针对其它电池也很高。锂电池具有高储能量密度,目前常用的锂电池密度可达到450-620Wh/kg,是铅酸蓄电池的5-7倍。如果人们选用蓄电池还会考虑到一个非常重要的问题,那就是污染。
3、针对电池重量来对比。一只锂电池的重量约为铅酸蓄电池的5-6倍。虽然锂电池的重量和聚合物锂电池的重量差不了多少。但是看容量与寿命,人们都是会选择锂电池的。
4、锂电池的使用时间寿命很长,一只锂电池使用寿命如果不发生意外的情况下可以使用6年以上,长达9年。正常的使用次数在1000次以上。如果不发生意外使用次数可以达到1500次以上。
5、自放电低,且无记忆效应。生产锂电池中往锂电池身上加保护板能使锂电池有一个过充过放的效果。锂电池自身具备高功率承受力,电动汽车选用的锂电池可以达到15-30C充放电的高效应能力,以便汽车上的高强度启动加速。
6、锂电池绿色环保,锂电池中不含有铅、汞、镉有毒害物质锂电池厂家。
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