因为恒流充电在充电末期对电池的损伤比较大,极易造成电池容量不可逆的损伤,所以研究人员提出了一种基于电压恒定的充电模式,即恒压充电方法。该方法主要是指在整个充电过程中,将恒定的电压值保持不变施加到电池两端,在充电过程中,端电压保持不变,电流逐渐减小,最终减小到设定的电流值,标志着充电过程的结束,这样可以避免电池在充电末期出现电流过大现象。小的充电电流可以对电池内部的离子浓度进行均衡,减缓对电极材料的损伤,达到提高电池使用寿命的目的。但是在充电初期,电池的容量比较少,采用恒定的电压充电会造成电流值过大,容易使得电池极柱里面的晶格坍塌和极柱材料的破裂与分化。
充电电流计算公式为
式中,U为电池的端电压;E为电池电动势;I为充电电流;R为充电电路中内阻。
由式(3-19)可知,充电开始时,电动势小,所以充电电流很大,对蓄电池寿命造成很大影响,且容易使蓄电池极板弯曲,造成电池报废;充电中期和后期由于电池极化作用的影响,正极电位变得更高,负极电位变得更低,所以电动势增大,充电电流过小,形成长期充电不足,影响电池的使用寿命。(www.xing528.com)
以上分别总结了电池恒流充电和恒压充电模式下的不同表现形式,主要从电池容量变化和所需的充电时间两方面对恒流充电和恒压充电模式下电池的不同表现形式进行比对。比对结果表明,电池采用恒压充电可以有效地减小充电时间,提高电池的充电速率,尤其对于新电池更加明显,但是容量衰退比较快。电池在SOC=0时,充电电流过大,超出了电池可接受的电流范围,大量离子从正极活性材料中瞬间迁移出来,运动到电池的负极,并与负极材料发生化学反应,将离子嵌入晶格当中。由于离子流过大,容易造成电极晶格框架的塌陷,活性物质的脱落和分化,使得离子通过的途径和可用的活性物质减小,对外表现为内阻的增加,温度的陡升和可用容量的衰退;SOC=0.1时,充电电流呈现出线性变化,随着充电时间的增加而减小;SOC=0.9时,充电电流的曲线变化很缓慢,而且充入的容量很少。
恒压充电速率比较高,主要是因为在SOC从15%~80%的区间内,施加的平均电流比较大。而且随着电池容量的增长,工作的电流不断减小,变化趋势与图3-11所示的可接受充电倍率相一致。但由于恒压充电初始的电流过大,电池内部材料很难达到所需的要求,所以一般都是对初期的电流进行限制,然后转为恒压充电。鉴于这种缺点,恒压充电法很少使用,只有在充电电源电压低、电流大时才采用。例如:在汽车运行过程中,蓄电池就是以恒压充电法充电的。图3-12为恒压充电法曲线图。
图3-12 恒压充电法曲线图
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