如何實現(xiàn)對鋰離子電池充放電保護？需注意哪些事項？

一、常識普及

1、記憶效應：鎳氫充電電池上常見的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)就是：假如長期不充滿電就開始使用電池的話，電池的電量就會明顯下降，就算以后想充滿也充不滿了。所以保養(yǎng)鎳氫電池的重要方式就是：電必須用完了才能開始充電，充滿了電了才允許投入使用?，F(xiàn)在常用的鋰離子電池的記憶效應是可以小到忽略不計的。

2、完全充電，完全放電：是針對鋰離子電池來說的。完全放電就是指把用電智能設備，如手機，調(diào)整到最低功率狀態(tài)耗去電量直到手機自動關機的過程。完全充電就是指把完全放電的用電智能設備，如手機，接到充電器上直到手機上提示充滿的過程。

3、過度放電：是針對鋰離子電池來說的。完全放電后鋰離子電池內(nèi)部還會留有少量電量，但這部分電量關于鋰離子電池的活性和壽命至關重要。過度放電：完全放電后，假如繼續(xù)采用其它方式，如：強行再次開啟手機、電池接小燈泡耗費殘留電量的話，這叫過度放電，會對鋰離子電池造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。

4、保護芯片：鋰離子電池對充放電時對接入的電流電壓有極為嚴格的要求，為了保護電池不因為外界電環(huán)境失常而損壞，電池本體內(nèi)部會設置管理電池工作狀態(tài)的芯片。這個芯片同時還有記錄電池容量，校正電池容量的功能?，F(xiàn)在，就算是山寨手機電池也是不會節(jié)省這個關鍵的保護芯片的，不然山寨手機電池根本不可能用很久。

5、過沖過放保護電路：用電智能設備內(nèi)置的全面管理電池工作的芯片及電路。比如手機上，就有這樣的電路，大概功能如下：(1)充電時，供應最合適的電壓電流給電池。在合適的時機停止充電。(2)不充電時，時刻檢查電池殘留電量，在合適的時機命令手機關機，防止過度放電。(3)開機時，檢查電池是否已被完全放電，假如已被完全放電，則提示用戶充電，然后關機。(4)防止電池或充電線電力異常，發(fā)現(xiàn)異常時斷開電路，保護手機。

6、過度充電：是針對鋰離子電池來說的。正常情況下，鋰離子電池充到一定電壓(也就是充滿)就會被上級電路截斷充電電流，但由于某些設備內(nèi)置的過沖過放保護電路的電壓電流參數(shù)不同(如手機電池座充)，導致雖已充滿，但還未停止充電的現(xiàn)象。過度充電也會導致電池性能傷害。

7、激活：鋰離子電池長期(三個月以上)不使用，會出現(xiàn)電極材料鈍化，電池性能下降，可以采用三次完全充電、完全放電來解除純化，發(fā)揮出電池的最高性能。

鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，是一種理想電源。在實際使用中，為了獲得更高的放電電壓，一般將至少兩只單體鋰離子電池串聯(lián)組成鋰離子電池組使用。目前，鋰離子電池組已經(jīng)廣泛應用于筆記本電腦、電動自行車和備用電源等多種領域。

因此如何在充電時將鋰離子電池組使用好顯得尤為關鍵，現(xiàn)將鋰離子電池組常用的幾種充電方法以及本人認為的最適合的充電方法試述如下：

普通的串聯(lián)充電

目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯(lián)充電，這重要是因為串聯(lián)充電方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較容易實現(xiàn)。但由于單體鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(lián)充電時，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先充滿電，而此時，其他電池還沒有充滿電，假如繼續(xù)串聯(lián)充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電。

而鋰離子電池過充電會嚴重損害電池的性能，甚至可能會導致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現(xiàn)單體鋰離子電池過充電，鋰離子電池組使用時一般配有電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem，簡稱BMS)，通過電池管理系統(tǒng)對每一只單體鋰離子電池進行過充電等保護。串聯(lián)充電時，假如有一只單體鋰離子電池的電壓達到過充保護電壓，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池無法充滿電。

經(jīng)過多年的發(fā)展，磷酸鐵鋰動力鋰電池由于具有較高的安全性、很好的循環(huán)性能等優(yōu)勢，已經(jīng)基本能滿足電動汽車特別是純電動轎車的要求，工藝上也基本具備了大規(guī)模生產(chǎn)的條件。然而，磷酸鐵鋰離子電池的性能與其他鋰離子電池存在著一定的差異，特別是其電壓特點與錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池等不同。以下是磷酸鐵鋰與錳酸鋰兩種鋰離子電池的充電曲線與鋰離子脫嵌對應關系的比較：

圖1錳酸鋰離子電池鋰離子脫嵌與充電曲線對應關系

圖2磷酸鐵鋰離子電池鋰離子脫嵌與充電曲線對應關系

從上圖的曲線不難看出，磷酸鐵鋰離子電池在快充滿電時，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負極，電池端電壓會快速上升，出現(xiàn)充電曲線的上翹現(xiàn)象，這樣會導致電池很容易達到過充電保護電壓。因此磷酸鐵鋰離子電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象相對錳酸鋰離子電池組而言會更為明顯。

另外，雖然有些電池管理系統(tǒng)帶有均衡功能，但由于從成本、散熱、可靠性等多方面考慮，電池管理系統(tǒng)的均衡電流一般遠小于串聯(lián)充電的電流，因此均衡效果不是很明顯，也會出現(xiàn)某些單體電池充不滿電的情況，這關于要大電流充電的鋰離子電池組，例如電動汽車用的鋰離子電池組而言則更為明顯。

例如，將100只放電容量都為100Ah的鋰離子電池串聯(lián)起來組成電池組，但假如成組前其中99只單體鋰離子電池荷電80Ah，另外1只單體鋰離子電池荷電100Ah，將此電池組進行串聯(lián)充電時，其中荷電100Ah的那只單體鋰離子電池會先充滿電，從而達到過充保護電壓，為了防止這只單體鋰離子電池被過充電，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，也就使得其他99只電池無法充滿電，從而整個電池組放電容量也就只有80Ah。

一般電池廠家出廠時測試容量時是將單體電池先恒流充電再恒壓充電，然后恒流放電從而測出放電容量。一般放電容量約等于恒流充電容量加上恒壓充電容量。而實際電池組串聯(lián)充電過程中對單體電池而言一般沒有恒壓充電過程，所以恒壓充電容量就會沒有，電池組容量就會小于單體電池容量。而一般充電電流越小，恒壓充電容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又發(fā)展出了電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電的模式。

電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電

電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，就能使充電機實時地了解電池的信息，從而更加有效地解決電池的充電時出現(xiàn)一些的問題，其原理圖如下。

圖3動力鋰離子電池系統(tǒng)集成方法

圖4鋰離子蓄電池系統(tǒng)基礎體系

圖5BMS和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電示意簡圖

電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過對電池的當前狀態(tài)(如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等)進行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當前電池的最大允許充電電流進行估算;充電過程中，通過通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。電池管理系統(tǒng)將總電壓、最高單體電池電壓、最高溫度、溫升、最大允許充電電壓、最高允許單體電池電壓以及最大允許充電電流等參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機就能根據(jù)電池管理系統(tǒng)供應的信息改變自己的充電策略和輸出電流。

當電池管理系統(tǒng)供應的最大允許充電電流比充電機設計的電流容量高時，充電機按照設計的最大輸出電流充電;當電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出;當充電電流大于最大允許充電電流時，充電機開始跟隨最大允許充電電流，這樣就有效地防止了電池過充電，達到延長電池壽命的目的。充電過程中一旦出現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設為0，迫使充電機停機，防止發(fā)生事故，保障充電的安全。

在該充電模式下，既完善了電池管理系統(tǒng)的管理和控制功能，又能使充電機根據(jù)電池的狀態(tài)，實時地改變輸出電流，達到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，電池組的實際放電容量也要大于普通的串聯(lián)充電方法，但是這種方法還是解決不了電池組中某些電池充不滿電的問題，特別是當電池組串數(shù)多、電池一致性差、充電電流較大時。

并聯(lián)充電

為了解決電池組中某些單體電池過充和充不滿電的問題，又發(fā)展出了并聯(lián)充電的辦法，其原理圖如下。

圖6并聯(lián)充電示意簡圖

但是并聯(lián)充電方法要采用多個低電壓、大電流的充電電源為每一只單體電池充電，存在充電電源成本高、可靠性低、充電效率低、連接線徑粗等缺陷，因此目前沒有大范圍使用這種充電方法。

因此，關于鋰電池如何充電，我們一起來看看下面這幾個問題。

一、如何防止鋰電池過充過放

由于鋰離子電池具有較高的能量比，所以要控制好不能讓電池出現(xiàn)過充，過放的現(xiàn)象。過放會導致活性物質(zhì)的恢復困難，如果接著直接進入快速沖電模式(大電流)，這樣就會損害電池，影響使用壽命附帶著可能帶來隱形危險。

雖然目前鋰離子電池在應用中都帶有保護板，在正常的情況下，發(fā)生過放的幾率會很小，但沒有更精準的保護，在以下的情況還是可能帶來過放的隱患。

1、保護板失效。

2、長時間放置(5%~10%/月)的自放電率。

因此如果有更精確的系統(tǒng)來監(jiān)測并第一時間讓車主了解電池情況，是治理鋰電池過放電最好的方法。

二、如何控制好充電電流

以單體鋰離子電池為例，它的充電方式包括恒流、恒壓充電，雖然大電流的充電會縮短充電時間，但也會造成電池生命周期的縮短和容量的降低，因此應該選擇合適的恒流值進行充電。