氢镍电池组均衡充电的一个新颖而实用的方法

这个方法,也有一些前提.

如,电池经过多次循环寿命试验以后,容量会下降.这样,0.1C就不应该再按照标称值来选.例如,电池容量的裕度按照标称值的0.7倍选,是否就应该按照标称值的0.07C来选择.

靠发热均衡,散热的设计就有要求.

低于0.1C充电,时间应该在允许范围以内.

我是在电动自行车氢镍电池充电器中试验过小电流充电恢复均衡的试验中获得成功以后公布的方法.网友也可以验证,对发现的问题尽可能交流,共同提高!

在镍氢电池的测试中,有个过充电试验,为:0.1C充电48h,不漏液且放电要达到标准容量.在我们进行这个检测的过程中,电池基本没有热度,也就是电池的温度上升很慢,一般最高到33℃.
当然,电动车电池是密闭的,热量散发不好,容易聚集.建议采用0.03C~0.05C的电流来补充电,只是时间上稍微长一点.但是,对电池的长期使用,基本无伤害,散热稍微好点,电池组基本不发热!现在专业的镍氢电动车充电器有这个功能.

提出2个问题:
1、在电池组中的电池温升(整组、单体)多少,不同环境温度有多少.最好采用有电池盒的做温度巡检测试.
2、采用多段恒流充电,做均衡充电的电流也不能够太小.例如如果采用0.5C电流充电,在发生单体电池温升或者出现0△的时候,充入电量为多少,例如充入电量为85%,则需要达到15%的电量才能够解决均衡问题.而保证电池容量正公差的时候,也可以达到均衡,留有余量,差不多就需要充入30%的电量.而采用0.1C的就需要3小时的补足充电时间,而采用0.05C的补足充电时间,就需要6小时的时间.所以,采用安全可靠的补足充电电流也是优选的一个重要参数.

以下数据还是本人在做研发的时候的经验,好久没做了,不一定准确啊!
以电动车大容量镍氢电池为例:
采用0.3C充电,单体电池表面温度为:38℃左右,超过42℃就说明电池有问题了!组合电池在密闭的环境中,温度一般上升到43℃,如果超过48℃,电池组就过充电比较厉害.这样的电流是比较大的,如果电流小点,相应的温度也就低点.

采用0Δ充电或者dT控制充电的时候,电池已经有了轻微的过充电.一般电池在充电至标准容量的1.03~1.06倍的时候出现电压降.从严格意义上讲,此时的电池还未充满电,已经到了92.5%的电量左右.采用0.05C补充电,2~3H足够了!

作为电动自行车氢镍电池充电器,应该考虑到最长充电时间不大于8小时就可以.
另外一个考虑就是防止晶枝生长,应该大电流充电的电流不应该低于0.4C.这样,前期大电流充电在2~3小时足够,后期补足小电流充电时间按照不大于5小时考虑.如果采用标称容量的0.07C,5小时可以充入电量为0.35C.如果考虑到电池容量的正公差,也可以考虑增加定时终止充电的时间.其中按照小电流(0.07C)5小时.

朋友;上述討論的閂題在發明專利的公告上己公上過.

这样的设计可能欠妥!正常充电时间太短,电池温度上升得厉害!枝晶生长只是电池失效的一个方面,别做拣芝麻丢西瓜的事情.
在消除枝晶的问题上,本人有个想法,就是在电池充电前期,中期和末期,插入很大电流(譬如2C)短时间充放电消除枝晶.这样相当于用时间点来消除枝晶,对充电时间无影响,而又避免了大电流长时间充电对电池内部材料的损害.灵光一闪,未经证实,感兴趣的朋友可以试试!

这个也申请专利?太无聊了!国外的专利都早就公布了,电池业内有谁不知道?在这里,大家只是想谈谈,看有没有新的想法!

我认为,还要考虑到充电器的成本问题.做消费类产品,有很多时候成本问题往往会是致命的.而既便是短时间的2C充电,电源功率也要做到适应2C充电,所以,电源部分的成本会高很多.如果采用0.5C充电与2C充电的电源功率相差4倍,材料成本不言而喻.
而电动自行车、电摩的电池与AA电池容量不可比拟,所以,充电器的电源功率与成本考虑就必须要考虑了.
虽然,电动自行车的最长充电时间可以允许8小时,我考虑采用0.5C电流充电还真的是从抑制晶枝生长的角度来考虑的,不是从充电时间为主考虑的.

我考虑的一个主要问题还是串连电池组不均衡带来的电池损伤.其中恶性问题还是不均衡带来的隔板融化的损伤.
对氢镍电池、特别是单体电池的循环寿命试验,引起电池寿命终结的主要失效模式是什么,有做这方面研究的吗?我倒是花了不少经费研究了铅酸蓄电池的失效模式,并且公布了.如果没有顾忌的话也期盼网友能够在这方面介绍一二.先谢谢了.

是誰申請的我沒記下,只是講一下有這公告你就急?換一句話講就是有人要申請那是專利法的范圍與你我都無關,是不?

没有关系,即使电池容量衰减了,你原先的0.1C充电对电池影响也是很微小的.可以忽略

最重要的失效模式为:电池充放电时,内部水分解,导致电池内部电解液枯竭;其次为水分解产生的氧气氧化电池极片表面和破坏隔膜纸结构;枝晶也是电池失效的一个方面,应该是极片与隔膜氧化后其表面间的一种表象!

对于电动车电池组,其影响不可忽略?密封的哦

看您的签名,猜测您是服务于氢镍电池制造商,您是否验证一下,有意的使单体电池菏电状态不同的串连电池组,采用0.1C恒流充电是否会改善电池组的均衡特性?

有图吗?

这个问题比较难哦!按照我的经验,在常温易散热状态下,小电流0.1C充电,能缓和电池组内的差异,充满电的轻微发热,未充满电的补充电,可以有效缓和.一句话,电池充电,先充电90%左右后补电是最理想的.
另外,为什么枝晶对电池的影响排在后面,有很好的例子.按照IEC 标准小电流测试的电池寿命一般都有800周左右,但是用1C循环,都只能做到300周左右,差别很明显的!

对不起,我不方便公布.我这样想,如果有这样的设计思想,作出产品还不少困难的事情.

显然,完全采用不大于0.1C的电流充电,不能够保证8小时充满电的用户基本要求.所以,应该采用大于0.1C的充电电流.而采用大于0.1C的充电电流,充满电的判断就比较麻烦,简单的方法还是采用超过0.4C的充电电流.

超过0.4C ???  采用脉充?
希望您能有所突破!

现在市面上都没有那么大电流的,最大的才3A也不过才0.3C而已!
当然,看您的设置了,前面采用接近1C的电流充电,充40%~70%应该问题不大,后面再采用小电流,最后涓流,都可以,这个时候的关键在于电池寿命的对比测试!大胆设想,小心求证

另外一个因素,如果采用低于0.4C的电流充电,则-△/0△就不明显.所以第一阶段充电判断就比较困难.

我还遇到一些非同寻常的特殊问题.给氢镍电池采用负脉冲充电和恒流充电的温升对比.发现,单位时间那充入相同的电量,往往会发现采用负脉冲充电的电池壳体的温升会超过恒流充电.我分析,从电化学的角度看,负脉冲是降低极板温升的,而放电脉冲引起的欧姆极化会产生温升的.只有负脉冲的降温大于欧姆极化产生的温升的时候电池会降温,如果相反,加负脉冲会提高电池壳体的温升的.而氢镍电池往往会提高温升.相同的问题不仅仅是发生在氢镍电池上,锂电池也发生这样的问题.

电流太大,电池内部发生的副反应多,对电池原材料的损害相应的会加大!所以为了防止探测不到电压将,可以采用电压点侦察来判断.

另外,负脉冲看您设置的电流有多大,电流过大,副反应增多,内部也会产生热量.虽然从反应的原理上来看,电池放电是吸热反应,可是在大电流放电的时候,副反应放热太多,电池温度上升得十分厉害,骑电动车的朋友应该感受得到,刚放完电的电池温度是很高的.

所以我建议,在设置上,采用定点(三点)负脉冲,这样可以合理消除枝晶,而电池基本不产生热量.

至于您所遇到的问题,在我一个客户那,他们感受颇深,以前他们推出的都是带负脉冲的,经过近一年的试验以及和多位电池界的专家探讨,现在,他们的电动车充电器全取消负脉冲,只用正脉冲充电.
我坚信,负脉冲对电池是很有用的设计,关键在怎么设计,需要大家做一些基础数据的探讨和试验.

我这里有ARBIN的设备,可以任意设置负脉冲条件,到目前为止,还没有找到可以降低电池温升的负脉冲条件(与恒流和仅仅有正脉冲的模式对比).
当然,我没有找到,不等于没有.

如果不考虑充电器的成本,是否可以做到1C,2C......或更大呢?我们做电动工具充电器,可以做到4C,电流在10A左右,十五分钟可以充到85%左右

我们曾做过测试,经过放电的电池包,温度很高,在降到40度左右的时候,开始用2C的充电速率充电,同时检测电池包的温度,反而继续下降.只有在充满前5分钟左右才开始上升,在快充满时上升速率最大.

放电速率是多少?

这个平衡方法有大问题呢:

电池组的充电,当以保证每只电池在放电时:均能放出相同的容量为最终目的.

也只有这样,才能保证在放电终止时,在每只电池上的电压的基本一致.

如果通过涓流的办法,去让没有充满的电池尽可能充满,则是人为增大了电池的放电时的容量差别:

在放电终止时,也就必然造成最低容量的那只电池过放电,(容量差别过大甚致有引起反向充电可能):从而引起电池组更早的失效.

除非是在放电也有均衡控制.

yanyong网友提出的问题也很重要.
    电池在充电可以追求每一只电池都充满电,放电的不均衡会产生严重的后果.
    目前在电动自行车中的做法是提高欠压保护的电压.如标称36V的电池组,欠压保护设定为33V.相当于单体电池电压为1.1V.事实上,每一只单体电池的容量不同,在临近欠压保护的时候,单体电池之间的电压离散性在扩大.所以,提高欠压保护也仅仅是缓解,还不能够完全保护.

    在使用电池的时候,往往是电池容量降低到50%以前,还没有明显的抱怨,也仅仅是电池容量低于50%的时候开始明显感觉电池容量不足.这时候电池的不均衡已经很严重了.yanyong网友说的问题就非常明显了.

请问如果只用0.05C充电池,是不是可以长期对电池充电都可以,并且电池不会损坏.应急灯有这样的充电,而且可以保用3年.

可以这样使用,但是,每次停电以后,充电时间比较长,抗二次打击能力比较弱.
对策:
1、采用2段充电,一个是采用0.4C充电,在电池温度达到45℃的时候,转为0.05C充电.
2、设置放电最低电压检测,在达到放电最低电压的时候,做完全关机等待.一直到市电恢复以后重新上电.