第三講充電方法和充電設備

第三講充電方法和充電設備第1頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一要點本講對“基于單體電池”、“基于端電壓”和“基于極端單體電池”三種充電方法的特點及適用范圍進行了具體討論。鋰離子蓄電池、閥控鉛蓄電池、金屬氫化物鎳及類似充電特性曲線的蓄電池組，應采用“基于極端單體電池”充電方法?！盎诙穗妷骸背潆姺椒?，也不適用于閥控鉛蓄電池。第2頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

根據(jù)蓄電池充電終結(jié)特性曲線，充電控制方法可分為三類：（1）恒壓（穩(wěn)壓）型充電特性曲線；（2）負電壓增量型（－△V）充電特性曲線；（3）電壓增量型（+△V）充電特性曲線。第3頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-1恒壓（穩(wěn)壓）特性蓄電池充電電流、電壓曲線第4頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2-1（b）負電壓增量（—△V）型充電特性曲線第5頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-1（c）電壓增量型充電特性電流電壓曲線。第6頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

根據(jù)充電過程的電池反應，可分為：

自動均衡型（即蓄電池本身在充電過程中具有良好的自動均衡特性）。

非均衡型（即充電過程中基本沒有或沒有自動均衡能力）。第7頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一不同特性的蓄電池對

—充電控制方式，

—充電模式

—充電設備具有完全不同的要求。第8頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

根據(jù)控制方式不同，充電控制方法可分為三類（如圖2-29）：（1）基于單體電池充電控制方法；（2）基于端電壓充電控制方法；（3）基于極端單體蓄電池充電控制方法。第9頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-29充電控制方法和充電模式第10頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1基于單體電池充電控制方法及適用范圍第11頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于單體電池充電方法:根據(jù)（包括蓄電池組的）單體蓄電池充電狀態(tài)，實施充電控制。其特點是，充電過程中關注所有連接到充電系統(tǒng)的蓄電池。當所有蓄電池符合條件，才終止充電。第12頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

典型的如鉛蓄電池充電過程：充電過程后期,充電電流基本恒定；定時檢查所有蓄電池單體的充電電壓或電解液比重在規(guī)定時間內(nèi)，蓄電池單體的電壓或比重不再升高，或升高不超過規(guī)定數(shù)值時充電結(jié)束。第13頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

通行的規(guī)定是連續(xù)2小，蓄電池充電電壓升高不超過0.1V，電解液比重升高不超過0.01),充電結(jié)束。第14頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-29充電控制方法和充電模式第15頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1.1恒流充電第16頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

在早期，由于控制技術(shù)的局限，一般采用恒流充電。第17頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

從圖中看到，恒流充電的特點是：充電電流基本恒定不變，充電電壓逐步上升（0～1區(qū)間）。當充電電流大于蓄電池電極反應需要的電流后，多余的電流將用于電解水。圖2-30恒流充電特性曲線當所有蓄電池電壓連續(xù)兩小時不再上升，或上升幅度小于0.1V,或電解液比重連續(xù)不變，或上升幅度小于0.01時（1～2區(qū)間），充電結(jié)束。第18頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一從圖中可以看到：充電初期階段，充電電流小于蓄電池可接受充電電流，極化電壓很小，充電效率很高。充電后期，充電電流大于可接受充電電流，大部分充電電流用于解水，充電效率很低，水消耗很大，酸霧污染十分嚴重第19頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1.2兩階段恒流充電第20頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一為了提高充電效率，減小酸霧污染和失水，后期采用兩階段恒流充電（如圖2-31）。圖2-31亮階段恒流充電曲線第21頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一兩階段恒流充電的方法是：先采用恒流充電方法進行充電，隨充電電壓的升高，蓄電池進入沸騰狀態(tài)后（0～1區(qū)間），將充電電壓減小一半（1點）繼續(xù)充電（1～2）。當所有蓄電池電壓連續(xù)兩小時不再上升，或上升幅度小于0.1V,或電解液比重連續(xù)不變,或上升幅度小于0.01時（2～3區(qū)間），充電結(jié)束。第22頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一兩階段恒流充電后期充電效率顯著提高，酸污染和失水量減小。

第23頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.1.3適用范圍第24頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

恒流充電方法，兩階段恒流充電方法，屬于基于單體電池充電方法。第25頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于單體電池充電方法適用于具備以下特點的蓄電池：(1)充電過程中，當蓄電池電壓上升到一定值后基本穩(wěn)定不再升高，如圖2-1（a）。(2)蓄電池的充電過程具有良好的自動均衡特性。第26頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一鉛蓄電池（非密封富液鉛蓄電池）具備上述兩個基本特性。基于單體電池充電控制方法就是在鉛蓄電池特性的基礎上發(fā)展起來的。第27頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2基于端電壓充電方法及適用范圍第28頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于端電壓充放電方法：

根據(jù)蓄電池組端電壓，進行充放電控制的方法。

其特點是：充電過程中，僅關注蓄電池組的端電壓狀態(tài)。對組成蓄電池組的單體蓄電池，基本不關注。第29頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

氧復合技術(shù)的應用，使堿性密封蓄電池和閥控鉛蓄電池技術(shù)得到快速發(fā)展。

第30頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一閥控鉛蓄電池，由于具有：

——基本消除了酸污染，

——水消耗大幅減少，

——儲能效率顯著提高；

——使用壽命顯著延長；

——基本實現(xiàn)了免維護等特點，應用領域迅速擴大。第31頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一閥控鉛蓄電池雖然同屬于鉛酸蓄電池體系。仍遵循鉛蓄電池的充放電機理；但由于采用了氧循環(huán)技術(shù)和貧液技術(shù)，使其性能和充放電特性發(fā)生了重大變化。第32頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

充電電壓超過2.40V后,氧復合效率快速下降。循環(huán)使用時，充電電壓不得超過2.40V；浮充電電壓要求2.23V～2.27V。圖2-17氧復合效率與充電電壓、電流的關系第34頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一閥控鉛蓄電池充電特性曲線屬于圖2-1（c）（+△V型）圖2-1（c）電壓增量型充電特性電流電壓曲線。第35頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一如前所述的

基于單體蓄電池充電控制方式的

恒流充電模式

兩階段恒流充電模式，

充電電壓講上升到最高允許充電之上；

已不能適用于閥控鉛蓄電池。

第36頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

為了將充電電壓控制在允許充電電壓范圍之內(nèi)，產(chǎn)生了以蓄電池端電壓為主要控制量的充電控制方法，即

基于端電壓充電控制方法。值得注意：上述充電方法，不能滿足閥控鉛蓄電池對充放電的要求（后面將詳細闡述）。第37頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于極端單體電池充電控制方法，主要包括：（1）恒壓充電模式；（2）恒壓限流充電模式；（3）均衡充電模式；（4）智能充電模式。第38頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2.1恒壓充電模式第39頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一恒壓充電模式：充電電流最大值僅受充電設備最大電流限制。當充電設備最大允許充電電流等于或小于蓄電池可接受充電電流時，恒壓充電模式是可以應用的。圖2-32恒壓充電電流模式第40頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

當充電設備輸出電流大于蓄電池可接受充電電流時，在蓄電池電壓較低時（0～1區(qū)間），充電電流會很大，可能超過蓄電池可接受充電電流時（如圖2-32）。這是恒流充電的主要問題，除特殊用途外，這種充電模式已經(jīng)很少應用。

第41頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.4.2.2恒壓限流充電模式第42頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一為了克服恒流充電初期電流大的問題，形成了如圖2-33所示的恒壓限流充電模式。圖2-33恒壓限流充電模式第43頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一充電初期電流（可設定），使充電初期充電電流小于或等于蓄電池可接受充電電流；充電設備處于恒流充電模式。

隨充電過程的進行，蓄電池電壓逐漸升高。

第44頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一當充電電壓達到設定的最高允許充電電壓時，充電設備轉(zhuǎn)入恒壓充電模式，充電電流隨充電過程的進行，逐漸減小，以保持充電電壓的基本穩(wěn)定。第45頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一恒壓限流充電模式，當前，是閥控鉛蓄電池等具有類似特性的蓄電池基本充電模式。普遍認為，基本能夠滿足閥控鉛及類似蓄電池單體對充電的要求。第46頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

如圖2-34，閥控鉛蓄電池與其它蓄電池一樣，存在性能的不均衡問題。

圖2-34閥控鉛蓄電池電壓狀況第47頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

蓄電池性能的不一致，主要是由兩個方面的問題造成：（1）由于正極、負極、電解液等性能的差異和制造質(zhì)量的差異，造成蓄電池性能的差異。第48頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

（2）使用過程中性能衰變的差異、充放電效率的差異，和氧復合效率的差異等。第49頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

對于閥控鉛蓄電池，性能差異會造成氧符合效率的巨大差異，氧復合效率變差，會加速蓄電池衰變，不一致性增加。第50頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于端電壓的恒壓限流充電模式，只能適用于在工作過程中，單體電池電壓相差不小于50mV（≤2.5%)，的閥控鉛蓄電池。第51頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.4.2.3均衡充電模式第52頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-13隔膜不同侵透率時的復合電流第53頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-14閥控鉛蓄電池電解液體積對氧復合和容量的影響第54頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-15氧分壓對氧復合能力的影響電解液密度1.310g/cm3，隔膜飽和度93%，負極面積0.218m2,充電電壓2.34V第55頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-16充電電流與復合率的關系充電電流小于1I20氧復合率接近100%第56頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

閥控鉛蓄電池充電過程中的氧循環(huán)特性，使其仍具有一定能力的均衡功能。第57頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

閥控鉛蓄電池的均衡化充電，就是利用其氧循環(huán)特性具有一定的自動均衡充電能力。第58頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

與鉛蓄電池是利用充電過程中存在電解水的反應實現(xiàn)均衡充電不同，閥控鉛蓄電池均衡化充電可以利用的氧循環(huán)實現(xiàn)的均衡能力十分有限。

第59頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

對于閥控鉛蓄電池，均衡充電電流的大小，主要應依據(jù)氧復合能力大小確定。即充電電流，應依據(jù)最先完成充電的蓄電池，即充電電壓最高的蓄電池能進行完全氧循環(huán)為前提。第60頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

若充電電流過大，將發(fā)生安全閥頻繁開啟，造成過度失水，嚴重損害使用壽命。第61頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

現(xiàn)行均衡充電方式一般是，采用較小的充電電流（≤1I20），進行一定時間的充電，如2～3小時。第62頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一需要注意的是：不同蓄電池氧復合能力差別很大。應針對具體的蓄電池確定合適的均衡化充電電流。推薦均衡充電電流，僅為參考。第63頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

閥控鉛蓄電池的上述特點:使“快速充電”不適用于如閥控鉛蓄電池之類的蓄電池。第64頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2.4智能充電模式第65頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一閥控鉛蓄電池充電電壓與充電反應電動勢、過電勢、溫度等具有密切關系，即充電電壓等于；充電反應電動勢+過電勢+溫度修正值第66頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

充電電壓過低，充電過程無法正常進行；充電電壓過高，氧復合效率過低，內(nèi)部壓力會增加，失水和酸霧排放量將增加。

第67頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

蓄電池允許充電電流，即可接受充電電流，與多種因數(shù)相關；而且在充電過程中，隨充電過程的進程，隨時在改變；

準確充電電流和充電電壓，是十分困難的。

第68頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一隨控制技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了能夠根據(jù)蓄電池實際工況，自動調(diào)整充電電壓和充電電流的新型充電技術(shù)，一般稱為智能充電技術(shù)。第69頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一智能充電技術(shù)具有多種控制模式，常見的有以下幾種：第70頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

（1）程序控制型該類充電控制模式的基本特點是：采用參數(shù)可重置的恒壓限流充電模式；充電過程按繼定的程序由充電設備內(nèi)自動控制系統(tǒng)控制自動完成；大多數(shù)智能充電屬于此類。實質(zhì)上應屬于自動充電范疇。

第71頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

（2）模擬曲線程序控制型

該類充電控制模式的特點是：充電設備內(nèi)嵌入了多種預設充電曲線；用戶根據(jù)不同的蓄電池，選擇不同的預置充電曲線進行充電。這種充電控制方法可按特殊曲線程序控制充電，實現(xiàn)一些具有特殊功能的充電過程控制，如預充電、均衡充電等。第72頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一該模式的缺點是：預置曲線仍是根據(jù)大量試驗確定的典型充電曲線，不可能完全滿足所有具體蓄電池的實際特性。過充電、欠充電、過電流等問題難以避免。第73頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（3）智慧型下圖是不同性能的閥控鉛蓄電池可接受充電電流曲線。（A）為性能良好的蓄電池可接受充電電流曲線，（B）是性能較差的蓄電池可接受充電電流曲線，（C）是輕度硫酸鹽化的蓄電池可接受充電電流曲線。圖2-35不同性能的蓄電池可接受充電曲線第74頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一程序控制和模擬曲線程序控制，難以適應上述不同蓄電池特性的充電要求。第75頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一隨計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，為充電技術(shù)實現(xiàn)智慧型奠定了基礎。

第76頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

從二十世紀九十年代開始，一些更先進的，具有具有智慧型特征的新型充電技術(shù)不斷出現(xiàn)。其特征是：與先進的檢測技術(shù)結(jié)合，對蓄電池在充電過程的主要狀態(tài)進行實時檢測，并以最優(yōu)化的原則，自動調(diào)整充電電流和充電電壓，使蓄電池在最佳狀態(tài)下完成充電過程。第77頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

智慧型充電控制方法有多種技術(shù)方案。第二炮兵（北京）充電技術(shù)研究所在1987年研究成功的智能充電方法（已獲得發(fā)明專利授權(quán)）是一種原理獨特的充電控制方法。

第78頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

若充電電流減小，充電過程中超電勢同時逐漸減小。若充電增大，充電過程中超電勢隨之增大。充電過程的超電勢幅度，即反映充電電流與可接受充電電流比值的合理性?？刂瞥潆娺^程的超電勢的大小，即可準確控制充電與可接受充電電流的比值。第79頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一其基本原理是：根據(jù)充電過程中超電勢相關于蓄電池可接受充電電流及實際充電電流的比值。圖2-36充電過程的超電勢與電流的關系第80頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一以控制蓄電池充電過程中超電勢為主的智能充電控制技術(shù)，是最接近蓄電池充電反應機理，技術(shù)性能先進的一種充電控制技術(shù)。第81頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一該充電技術(shù)的特點是：采用獨特的采樣技術(shù)，對蓄電池充電過程中充電反應的超電勢進行實時監(jiān)測，并根據(jù)蓄電池（可預置）允許超電勢最大值，自動調(diào)整充電電流和充電電壓，使充電過程中，蓄電池充電反應的超電勢，限制的允許的范圍內(nèi)。第82頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（4）基于容量SOC的充電方法

第83頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

近年，基于容量SOC的充電方法成為大專院校、科研院所研究成的熱點。支撐其研究的理論是，具有不同荷電狀態(tài)（SOC）的蓄電池，具有不同的允許充電電流和放電電流。只要預知蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC），就可以計算出最佳充電電流和放電電流，使蓄電池工作在最佳狀態(tài)，防止蓄電池發(fā)生過充電，過放電和過電流。第84頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一述方法存在的問題是：影響蓄電池充放電電流大小的主要因數(shù)是蓄電池的內(nèi)阻，內(nèi)阻越小，允許的充放電電流就越大。蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC）與內(nèi)阻沒有直接關系。荷電狀態(tài)（SOC）大，內(nèi)阻不一定就小。荷電狀態(tài)小，不一定內(nèi)阻就一定大。第85頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2002年曾發(fā)生過一個案例：一輛11米純電動公交車，裝載的396/300Ah閥控鉛蓄電池，勻速試驗運行可連續(xù)行駛156公里。而同一輛車轉(zhuǎn)載400Ah鋰離子蓄電池，同樣的試驗，連續(xù)行駛僅96公里。其原因就是裝載的鋰離子蓄電池的內(nèi)阻比閥控鉛蓄電池還大，內(nèi)阻上消耗了大量能量。第86頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

蓄電池過充電的標志是充電電壓超過蓄電池最高允許充電電壓，簡化的表達式為：

充電電壓≤充電反應電動勢+超電勢+充電電流×蓄電池內(nèi)阻

上式中，充電反應電動勢和超電勢，是由正極、負極和電解液的材料體系決定的，與實際容量大小沒有關系。

第87頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

蓄電池內(nèi)阻雖然與實際容量存在函數(shù)關系，但是一個沒有確定值的離散參數(shù)。即相同實際容量的蓄電池的內(nèi)阻存在巨大的差別，而且是一個相關于時間離散參數(shù)。

第88頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

容量與內(nèi)阻的函數(shù)關系只對特定目標（特定條件下的特定蓄電池）存在基本明確的函數(shù)關系；并不具有一般性和普遍性的函數(shù)關系。第89頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

依據(jù)實際容量確定“最佳”充電電流，是不符合蓄電池基本特性的。第90頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.4.2.5基于端電壓充電控制方法的適應范圍第91頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于端電壓充電方法，是隨閥控鉛蓄電池蓄電池和密封堿性蓄電池的發(fā)展而發(fā)展起來的。自從閥控鉛蓄電池出現(xiàn)以來,基于端電壓的恒壓限流充電方法，已經(jīng)被公認為是閥控鉛等蓄電池經(jīng)典充電方法。第92頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

從閥控鉛蓄電池的特性和對充電的要求考慮，若用于如2-34圖所示成組電池充電，會產(chǎn)生以下兩個問題：圖2-34閥控鉛蓄電池電壓狀態(tài)第93頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（1）一部分電池充電電壓會超過允許充電電壓，氧符合效率降低，嚴重影響蓄電池壽命。第94頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（2）一部分電池充電電壓會低于規(guī)定充電電壓，同樣會造成蓄電池壽命縮短。第95頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于端電壓充電方法僅適用于單體電池的充電；不能滿足成組閥控鉛蓄電池對充電的要求。第96頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.4.3基于極端單體電池

充放電方法及適用范圍第97頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

對于如圖2-1(c)充電特性蓄電池的蓄電池(如閥控鉛蓄電池、磷酸亞鐵鋰蓄電池、錳酸鋰蓄電池等)，其等效電路可以簡化為圖2-37。第98頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一其等效電路可以簡化為圖2-37

當通過電阻R1向電容C（等效充電反應）充電時，電容器C上的電壓將緩慢持續(xù)上升，而電容器C的耐壓（等效最高允許充電電壓）是有極限的，當電壓超過電容器C的耐壓極限時，電容器將失效。若通過的電流過大，電路中的熔斷器RD（等效最大允許充電電流）將被熔斷。

第99頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

對于充電電壓曲線如圖2-1(b)的蓄電池，充電特性等效電路可以簡化為如圖2-38。與圖2-37比，多了一個具有負溫度系數(shù)的溫敏電阻R3。當溫度上升到一定值后，其電阻會迅速減小。若充電電壓不變，通過熔斷器RD的電流將急劇增加，使電路失效。這類電池充電終結(jié)點一般應在負電壓增量（-△V）的拐點。通過檢測蓄電池充電過程中的負電壓增量（-△V）拐點，可以準確確定充電終結(jié)點。第100頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

若采用基于端電壓充電方法對如圖2-39的電池組充電，83號蓄電池充電電壓可能會達到20V以上,將有發(fā)生燃燒,爆炸的可能。圖2-39鋰鋰蓄電池充電電壓狀態(tài)第101頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-39的電池組充電：設定充電電壓4.16V,110只電池串聯(lián),充電端電壓等于457.6V。但83號電池電壓已經(jīng)達到4.16(設定最高充電電壓值),平均電壓只有3.92V。實際端電壓只有431.2V,與充電端電壓還差26.4V,若繼續(xù)充電到電池端壓為457.6V時,83號蓄電池充電電壓可能會達到20V以上。第102頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一第103頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

圖2-40是一個電動汽車上蓄電池組充電過程的電壓狀況。從圖中看到，該蓄電池組存在嚴重不均衡問題。圖2-40蓄電池工作電壓狀況第104頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一第2章2.4.1節(jié)所述的基于單體電池充電方法，第2章2.4.2節(jié)所述的基于端電壓的充電方法,都不能滿足成組鋰離子蓄電池對充電的要求。第105頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

雖然閥控鉛蓄電池采用基于端電壓充電方法已經(jīng)具有三十余年的歷史。由于基本沒有發(fā)生電池燃燒、爆炸等惡性事故的危險。本來應更長的使用壽命被縮短，已經(jīng)被認為是正常狀態(tài)。所以仍將基于端電壓充電方法視為經(jīng)典充電方法。第106頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

隨鋰離子蓄電池的快速發(fā)展，性能基本達到使用要求的單體電池串聯(lián)組成蓄電池組后，安全性大幅下降，使用壽命大幅縮短，甚至發(fā)生電池燃燒、爆炸等惡性事故的問題，推動了鋰離子等新型蓄電池充電方法的研究。第107頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

從二十世紀末開始，經(jīng)過十年的發(fā)展，基本形成基于極端單體充電方法。并已正式列為由中國電子商會電源專業(yè)委員會主持指定的鋰離子蓄電池電源系統(tǒng)行業(yè)基礎標準送審稿推薦充電方法。第108頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一極端單體電池的含義是：由若干只蓄電池串聯(lián)組成的蓄電池組，在充電過程，充電電壓最高、充電電流最大、溫度最高的蓄電池單體，在放電過程中，放電電壓最低、放電電流最大、溫度最高的蓄電池單體，稱為

極端單體蓄電池。第109頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一在充電過程中，應保證所有單體蓄電池的充電電壓、充電電流和溫度不能超過允許值。只要極端單體電池不超過規(guī)定的值，則不會發(fā)生電池單體超過允許值的問題。

第110頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于極端單體電池可以用以下表達式描述：

第111頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于極端單體電池充電方法分為以下兩種模式：（1）電壓模式；（2）溫控模式兩種。第112頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

電壓模式適用于圖2-37所述蓄電池類，如閥控鉛蓄電池組、錳酸鋰蓄電池組、磷酸亞鐵鋰蓄電池組等。

第113頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一電壓模式按以下優(yōu)先原則進行控制：最高優(yōu)先級電池單體電壓≤允許值充電電流≤允許值最高溫度≤允許值最低優(yōu)先級總成端電壓≤允許值第114頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一溫控模式適用于圖2-38所述蓄電池類，如金屬氫化物-鎳等鎳基類蓄電池組。第115頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一溫控模式按以下優(yōu)先原則進行控制：

最高優(yōu)先級電池單體溫升率≤允許值最高溫度≤允許值單體電池電壓≤允許值充電電流≤允許值最低優(yōu)先級總成端電壓≤允許值第116頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

溫度和溫升率的檢測，存在很大延遲時間，難以滿足實時控制的要求。鎳系蓄電池的充電電壓對溫度很敏感，在充電基本完成后，溫度上升率會明顯增大，同時將出現(xiàn)明顯的負電壓增量。

第117頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

實際應用中，在充電前期，若溫升過快，應減小充電電流。充電后期。在充電過程中，只要以檢測蓄電池電壓的負電壓增量，在出現(xiàn)負電壓增量的拐點時，立即停止充電。否則，將有發(fā)生溫度失控的可能。

第118頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.4.4基于極端單體電池

充電設備第119頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于極端單體電池充電方法與基于端電壓充電方法的區(qū)別在于：前者主要控制數(shù)據(jù)源來自蓄電池組端電壓；后者來自于蓄電池組中極端單體電池電壓。第120頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一充電模式基本相同，都可分為：（1）恒壓充電模式；（2）恒壓限流流充電模式；（3）均衡充電模式（4）智能充電模式

第121頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

與基于端電壓充電設備和基于單體電池充電設備比，除增加了與蓄電池系統(tǒng)連接的遠程自動控制設備外，其余部分是基本相同的。

第122頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一右圖是可用于建立電動汽車公共充電站的CAMTC-GC系列100KW高頻充電機充電設備，不僅能自動兼容錳酸鋰蓄電池和磷酸亞鐵鋰蓄電池。還可兼容鉛蓄電池、閥控鉛蓄電池、金屬氫化物-鎳蓄電池的全自動充電。第123頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一《鋰離子蓄電池充電設備通用要求》（報批稿）中，規(guī)定了基于極端單體電池充電設備的三種類型。

第124頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

其中，通用型充電設備，可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設備通用要求》（報批稿）規(guī)定的標準型、均衡型、基本型和I/O型蓄電池模塊和總成的充電要求。

第125頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基本型充電設備，可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設備通用要求》（報批稿）規(guī)定的基本型和I/O型蓄電池模塊和總成的充電要求。第126頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

I/O型充電設備可滿足符合《鋰離子蓄電池充電設備通用要求》（報批稿）規(guī)定的I/O型蓄電池模塊和總成的充電要求。第127頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

《鋰離子蓄電池充電設備通用要求》（報批稿）中對該類充電設備的安全提出了具體的要求：（1）當蓄電池單體電池數(shù)據(jù)采樣發(fā)生失調(diào)或失效時，充電設備應有能夠防止發(fā)生單體電池充電電壓超過最高允許充電電壓的技術(shù)措施。第128頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（2）當單體電池電壓監(jiān)測電路發(fā)生故障時，充電設備應自動停止充電，并斷開充電設備與蓄電池的連接。第129頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

（3）當充電設備沒有與蓄電池模塊或總成建立連接時，充電設備應被禁止啟動充電。若必要時，必須通過操作專門的裝置后，才能啟動充電設備。第130頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（4）當充電設備與蓄電池模塊或總成建立連接后，操作人員通過充電設備本地人機交互設備或充電機(站)監(jiān)控設備進行充電參數(shù)修改時，可修改的項目和范圍應受到嚴格限制。充電電流和充電電壓只允許在小于或等于蓄電池模塊和總成允許充電電流和充電電壓范圍內(nèi)。第131頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（5）在正常情況下，充電設備應自動處于必須與蓄電池模塊或總成建立連接，并組成基于極端單體電池充電狀態(tài)。僅通過操作特殊的設備，才允許充電設備處于常規(guī)基于端電壓的充電狀態(tài)。第132頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（6）當充電設備處于基于極端單體電池充電狀態(tài)時，若不能與蓄電池模塊或總成建立正常連接，啟動充電設備的充電操作被禁止，并發(fā)出報警信息。第133頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（7）當充電設備處于基于端電壓的常規(guī)充電模式下，而與必須采用基于極端單體電池充電模式的鋰離子蓄電池連接時，啟動充電設備的充電操作被禁止，并發(fā)出報警信息。第134頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（8）充電設備應安裝一個緊急停機設備，必要時通過操作緊急停機設備，可以立即停止充電，并斷開充電設備與輸入電源和蓄電池的連接。接口和通訊協(xié)議等將在后面幾章中介紹。第135頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.5蓄電池放電控制技術(shù)第136頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

蓄電池的性能和使用壽命，與放電過程是否符合蓄電池的性能要求密切相關。放電方法和放電控制技術(shù)，是蓄電池成組應用技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)研究的重要內(nèi)容。第137頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

各種不同體系的蓄電池，對放電有不同的要求。第138頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

鉛酸體系的蓄電池放電深度與壽命的關系如表2-9和表2-10，一般要求放電深度應限制在80%之內(nèi)。若放電深度過深，會嚴重影響使用壽命。第139頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一放電電流大小，對鉛蓄電池使用壽命影響很大，放電電流與實際可用容量的關系如表2-3。表2-3放電電流大小對容量的影響第140頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一鋰離子蓄電池雖然功率密度比閥控鉛蓄電池大很多。但仍然不允許大電流放電（其教授已經(jīng)詳細介紹了）。

從防止溫度升高和溫度失控方面考慮，一般以1I3為宜。第141頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

鋰離子蓄電池和鉛蓄電池放電電流與容量的關系如圖2-43和表2-11第142頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一圖2-43鉛蓄電池和鋰離子蓄電池在不同放電電流下的容量第143頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一表2-11蓄電池放電電流與容量的關系第144頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

鋰離子蓄電池若發(fā)生過放電，對電池的傷害遠大于鉛酸體系蓄電池。

鋰離子蓄電池對過放電的要求比鉛蓄電池嚴格得多。若發(fā)生嚴重過放電，將造成蓄電池失效第145頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一金屬氫化物-鎳蓄電池完全放電與完全充電，是保證使用壽命不縮短的基本要求。但也必須防止由于蓄電池的過度放電造成反極性對蓄電池造成的傷害。第146頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一放電控制方法可分為兩類：（1）基于端電壓放電控制方法；（2）基于極端單體電池放電方法。第147頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.5.1基于極端單體電池放電控制方法第148頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于單體電池放電控制方法是蓄電池容量試驗等典型方法。這種放電控制方法如圖2-44,

圖2-44基于極端單體電池放電方法第149頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一以恒流方式進行放電,當蓄電池組中，電壓最低的蓄電池單體放電電壓等于或低于放電最低允許電壓時(1點),即停止放電。這種放電方式在蓄電池實驗中得到廣泛應用。第150頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一這種放電方法的缺點是：在放電過程中必須不斷檢測所有蓄電池的單體電池電壓。在沒有單體電池電壓檢測的電池組中，難以實現(xiàn)自動控制。一般只用于電池組試驗或維護性的放電。在沒有自動控制的電源系統(tǒng)蓄電池組中不能采用。第151頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.5.2基于端電壓放電控制方法第152頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于端電壓放電控制方法分兩種：（1）恒流放電方法；（2）恒流限壓放電方法。

第153頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一恒流放電方法如圖2-44。即以恒流進行放電,當蓄電池組的電壓下降到放電允許最低電壓時，停止放電。

圖2-44恒流放電方法第154頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

與基于極端單體電池放電控制方法的區(qū)別在于：用于控制的放電電壓是來自蓄電池組的端電壓，其值等于單體電池允許最低放電電壓與串聯(lián)蓄電池個數(shù)的乘積。第155頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

由于鉛蓄電池和閥控鉛蓄電池最大放電深度應小于或等于80%，即放電終結(jié)后還應有20%的剩余電量。第156頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一若蓄電池組中所有蓄電池的質(zhì)量都在規(guī)定的標準之內(nèi)，一致性符合要求，采用蓄電池組端電壓放電控制方式，即是會出現(xiàn)部分電池放電深度低于80%，也基本不會發(fā)生個完全放電或反極性的問題。第157頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

若蓄電池組的個別電池質(zhì)量達不到規(guī)定質(zhì)量，即一致性不能達到規(guī)定要求，采用基于端電壓放電控制方法不能防止發(fā)生個別電池過放電的問題。第158頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

另一種是恒流限壓放電控制方法是恒壓限流放電方法（如圖2-45）。

圖2-45恒壓限流放電控制方法第159頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一恒流限壓放電方法是：先以恒流方式進行放電，當蓄電池組端電壓下降到最低允許放電電壓時，即轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐悍绞竭M行放電。當放電電流下降到規(guī)定的最小放電電流時（2點）停止放電。

第160頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

這種放電方法應用很普遍。其缺點是：若蓄電池組的一致性不能達到要求，有可能發(fā)生單體電池過放電。第161頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于端電壓的恒流限壓放電控制方法，只能適用于蓄電池組一致性符合要求，不可能發(fā)生單體電池過放電的鉛蓄電池，閥控鉛蓄電池等蓄電池。對于需要防止發(fā)生單體電池過放電的蓄電池，不能使用這種放電控制方法。第162頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.5.3基于極端單體電池放電控制方法第163頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一對于不允許發(fā)生單體電池過放電的蓄電池（如鋰離子蓄電池），或可能發(fā)生單體電池過放電的蓄電池組，應采用基于極端單體電池放電控制方法。第164頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于極端單體電池放電方法可分：（1）恒流放電控制方法；（2）恒流限壓放電控制方法。第165頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于極端單體電池放電方法與基于端電壓放電方法不同的是：蓄電池電壓都是指蓄電池組中的極端單體蓄電池的電壓。即蓄電池組中只要有一只蓄電池放電電壓等于或低于最低允許放電電壓，即應立即停止放電。第166頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一基于極端單體電池放電方法控制電路如圖2-46。與基于端電壓放電控制方法比，僅增加了由蓄電池系統(tǒng)放電控制電路控制的遠程自動控制設備。第167頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

《鋰離子蓄電池總成通用要》（報批稿）中對用電設備的控制提出了具體要求：與鋰離子蓄電池連接的用電設備，應符合以下要求：（1）有與蓄電池模塊和總成連接的控制電路接口和通訊接口，并符合《鋰離子蓄電池總成接口和通訊協(xié)議》的規(guī)定。第168頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

（2）有防止發(fā)生單體電池放電電壓低于允許值，放電電流和電池模塊內(nèi)工作溫度超過允許值的技術(shù)措施。（3）電池的一致性處于任意狀態(tài)時，不應發(fā)生單體電池放電電壓低于規(guī)定值，導致使用壽命縮短或安全性下降等問題。第169頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（4）當蓄電池電壓等于最低允許值時，應自動限制放電電流，使最低單體電池電壓等于或高于最低允許值。（5）當采用數(shù)字控制的放電設備時，必須有防止因單體電池電壓檢測失調(diào)或失效造成單體電池充電電壓低于允許值的技術(shù)措施。第170頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一（6）當采用數(shù)字控制的放電設備時，必須有防止因單體電池電壓檢測失調(diào)或失效造成單體電池充電電壓低于允許值的技術(shù)措施。（7）放電設備與蓄電池模塊或總成之間應有電路斷開設備，必要時，蓄電池模塊和總成能應通過接口電路控制電路斷開設備，立即切斷蓄電池與放電設備的連接。第171頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一用電設備的電路接口和接口協(xié)議及通訊接口和通訊協(xié)議應符合《鋰離子蓄電池總成接口和通訊協(xié)議》（報批稿）的規(guī)定。

第172頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

基于極端單體蓄電池放電方法，是鋰離子蓄電池、金屬氫化物-鎳蓄電池必須采用的放電控制方法。閥空鉛蓄電池也應采用這種放電方法。

第173頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

2.6蓄電池的運行模式第174頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一蓄電池運行運行模式根據(jù)需要，一般可分為：（1）循環(huán)充放電運行模式；（2）連續(xù)浮充電運行模式；（3）非連續(xù)浮充電運行模式。第175頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一2.6.4.1循環(huán)充放運行模式第176頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一循環(huán)充放電運行模式主要用于：（1）便攜式儲能設備，如移動電話、儀器儀表、移動電源等補充充電放電（2）移動儲能設備，如電動自行車、電動車、電動叉車、電動游船、電動汽車、移動電源等。（3）固定儲能設備，如移峰填谷的兆瓦級儲能電站、孤到島電站、互為備份的船用直流電源等。第177頁，共196頁，2023年，2月20日，星期一

循環(huán)充放電運行制度的特點是：用較大的充電電流（一般為為接近可接受充電電流）和較高的充電電壓（一般采用蓄電