锂离子电池组快速智能充电技术

收稿日期:2007-11-15

基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC,2005BB6171).

作者简介:苏玉刚(1961 ),男,辽宁大连人,博士,副教授,主要从事电力电子技术及应用、计算机测控技术研究.

锂离子电池组快速智能充电技术

苏玉刚1,杜伟炯1,陈 强2,夏永峰1

(1.重庆大学自动化学院,重庆 400044; 2.重庆市住房公积金管理中心,重庆 400015)

摘要:阐述了锂离子电池的基本电气特性,对锂离子电池组中单体电池压差导致电池组使用寿命严重缩短的问题进行了分析.根据锂离子电池组充电的特殊要求,设计了一种基于单片机的锂离子电池组快速智能充电管理系统,它能够按照锂离子电池的充电规律的要求为电池组进行快速充电;并采用模糊控制算法控制的buck boost 均衡电路智能调整单体电池之间的电压差,实现电压均衡.

关 键 词:锂离子电池;智能充电;电压均衡;模糊控制中图分类号:TM912 文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2008)01-0089-05

Rapid and Intelligent Charging Technology for

Series Lithium ion Battery

SU Yu gang 1

,DU Wei jiong 1

,CHEN Qiang 2

,XIA Yong feng

1

(1.College of Automation,Chongqing University,Chongqing 400044,China;2.Housing Fund Management Center of Chongqing,Chongqing 400015,China)

Abstract:The electrical characteristic of Lithium ion battery is presented in this article.And a detail analysis between single Lithium ion battery and the series battery life is given.A rapid intelligent lithium ion battery charging management system based on the microprocessor is designed according to the special require ments of the charging for Lithium ion batteries,which can realized rapid charging for Lithium ion batteries following Lithium ion battery charging rule and intelligently regulate the battery voltage in the bat tery package which depends on a buck boost circuit to get equalization with fuzzy c ontrol algorithm.Key words:Lithium ion battery;intelligent charging;voltage equalization;fuzzy control 全球一次能源的储备正在日渐耗竭,然而作为主要能源消耗者的汽车的数量却仍在急剧增

加,这使人类的可持续发展面临着巨大的挑战.为了解决这个突出的矛盾,缓解危机,科学家们正在

第22卷 第1期Vol.22 No.1重庆工学院学报(自然科学)

Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural Science)

2008年1月Jan.2008

研究推出一种新型的环保汽车:电动汽车.将锂离子电池用作电动汽车的动力电池,已成为世界各国当前重点研究和发展的技术.现在锂离子电池已经作为动力电池应用在电动汽车上,解决了长久以来的能量存储问题,推动了电动汽车的快速发展.

电动轿车使用的锂离子电池规格一般为200Ah/300V,需要75节左右电池串联供电;功率更大的电动客车使用的锂离子电池规格一般为500Ah/500V,需要125节左右电池串联供电.面对如此大功率的锂离子电池组,且在电池组的串联使用中容易出现过充和过放,最终导致电池组容量的大幅下降和电池组使用寿命的严重缩短.因此,人们如今关注更多的是如何在保证电池性能、不降低使用寿命的前提下,更加快速、方便、安全地实现对电动汽车电池组充电.

1 锂离子电池组的电气特性

锂离子电池的上限电压阈值决定了电池容量和使用寿命,如图1~2所示[1].由图1~2可见,随着电池电压的逐渐升高,电池的容量逐渐增大,使用寿命逐渐下降,电池的容量和使用寿命是相互制约的.在4.1V左右电压达到理想值,使寿命和容量实现双赢.

锂离子电池组中可能出现单体电池的初始电压差异,若不进行恰当处理,在充电过程中最终会导致电池组中有的电池过充.正是这个影响电池组使用的关键性因素,使电池组的充电过程比单体电池的充电过程复杂很多,需要在锂离子电池组充电过程中对各单体电池电压进行均衡控制,尽量实现各电池在充电结束时电压一致,这样才能充分保证电池的稳定性和使用寿命.

单体锂离子电池的工作电压范围在2.75V~ 4.2V,充电特性如图3所示

.

图1

电压与容量关系

图2

电压与寿命关系

图3 锂离子电池充电特性

在t0~t1阶段为涓流充电,充电电流约为0.1 C(C为电池的容量);t1~t2阶段为恒流充电阶段,充电电流约为0.5C;当t2时刻电池电压达到4.1 V,开始恒压充电,直至充电电流减小到0.1C才结束充电.锂离子电池组的充电过程也需要按照这样一个先恒流后恒压的顺序进行,唯一的不同在于最后恒定的电压需要根据串联电池的数量来确定.

U=V B M n(1)其中:V BM=4.1V;n为串联电池数.

90重庆工学院学报