你知道大功率锂电池充放电该如何控制吗？

1 锂电池 

蓄电池种类多种多样，自电解质层面而言，可将锂电池划分为液态锂电池、凝胶锂电池、全固态锂电池等类型；自正极材料层面而言，可将锂电池划分为磷酸铁锂电池、氧化锰锂电池、氧化镍锂电池等类型。伴随锂电池技术的不断发展及全球各国对节能减排的日益重视，作为环保的储能设备，近年来锂电池在诸多行业领域得到推广，诸如电动汽车、不间断电源、太阳能发电等。依托相应数量的锂电池串联、并联组合，便可组成锂电池组（包）。通常而言，方形结构的电池组，可运用立式结构或者卧式结构；而运用圆柱形结构的单体锂电池组，通常为立式结构。锂电池组主要由锂电池单体、电池组结构件、电池连接器件等组成，其中电池组结构件可实现支撑电池单体及散热功效，所以需要应用轻质、高强度及导热性佳的材料。

1.2 大功率锂电池充电特点

锂电池对电压准确性提出了偏高的要求，倘若电压误差在1%以上便可能导致锂电池损坏。现阶段，常用的锂电池额定电压为3.7V，同时其充电终止电压为4.2V。近年来，市场上流通的锂电池主要采用的是恒流和恒压充电模式，充电时电流保持稳定，而充电起初阶段电压偏低，伴随充电时间的推进，电压波动通常不超过1%，充电电流不断减少，等到电流降低至相应水平时，便会转变为涓流充电模式。涓流充电模式，换而言之即为人们常说的维护充电，在这一充电模式下，充电设备会维持在特定速率下，逐渐为电池补充电荷，并直至将锂电池充满。

1.3 大功率锂电池放电特点

锂电池在放电过程中，电流不宜过大，倘若电流过大则会加大锂电池内部热量，进一步对锂电池带来不可逆的损坏。除此之外，锂电池电压不足放电终止电压时仍然保持放电状态，则会引发过放现象，进而造成锂电池出现损坏。在各式各样的放电状态下，锂电池电压变化也不尽相同。锂电池电压与放电率呈负相关关系。如果将锂电池放电速率控制在0.2C，则锂电池电能可能降低至2.75V，可放出额定电量；而如果将锂电池放电速率控制在1C，则其可释放出电池额定电量的98%。

 

2 大功率锂电池的充放电控制

 

2.1 大功率锂电池充放电设备控制总体设计

 

首先，大功率锂电池充放电电路总体设计。充放电主电路通过二极管不控整流，紧接着由隔离的DC/DC 变换器获取对应需求的充电电压，进而对锂电池进行充电，如图1 所示。大功率锂电池放电过程中，依托Buck 降压斩波器将电池电能通过电阻负载放电，进而通过发热以进行放电，如图2 所示。

 

然后，大功率锂电池系统充放电设备控制结构设计。电池系统主电路硬件电路主要包括核心控制电路、采样电路、JTAG接口电路、PWM 驱动电路等，如图3 所示。其中，采样点路，指的是采集充电过程中的充电电流、充电电压、外电检测及放电过程中的放电电流、放电电压、环境温度。

 

2.2 大功率锂电池充放电控制软硬件设计

依托控制器STM32F103{能否调整为89C51 单片机，如调整图1,2,3 应相应变化}集成的各项功能，并结合本次研究设计大功率锂电池充放电主电路及不同模块接口电路，主要包括电源电路设计、复位电路设计、时钟电路设计、JTAG仿真器接口电路设计、信号采样电路设计、人机界面电路设计，IGBT 器件使用，等等。为了进一步实现充电设备智能化，进行设计的策划工作，在硬件设计的同时，同步开展对应的软件设计，主要包括系统主程序设计、充电电路控制程序设计、AD 采样DMA 传输程序设计、通信程序设计、人机界面的监控等。

2.3 实验结果及分析

本次研究选取容量为16Ah 的磷酸铁锂电池组，室温控制在20℃。锂电池先开展恒流恒压充电，等到电流不足0.033C 时，意味着蓄电池已经充满，且SOC 值为1。然后，将蓄电池以不同方式进行放电，记录蓄电池电压、温度等参数，并在各种电池模型基础上应用卡尔曼滤波法开展蓄电池SOC 估算。经实验研究得出，蓄电池放电电流与蓄电池持续放电时间、蓄电池温度变化呈正相关关系。在应用卡尔曼滤波法开展SOC 估算过程中，构建模型不同，则获取结果也不尽相同。在小电流持续放电过程中，以RC 模型、Thevenin模型为前提的SOC 估算结果差别较小，而在大电流持续放电过程中，以RC 模型为前提的SOC 估算则更为准确。在蓄电池不持续放电过程中，电流保持恒定放电。以RC 模型、Thevenin 模型为前提SOC 估算，均存在一定的误差，当应用RC 模型开展的估算更为可靠、准确。