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氢镍电池组均衡充电的一个新颖而实用的方法

氢镍电池组均衡充电的一个新颖而实用的方法

氢镍电池组靠电压检测电流均衡会及其复杂,甚至可望不可及,其可靠性也会及其复杂。

而氢镍电池有一个其他电池不具备的特点,就是在充满电和接近充满电的时候,如果采用低于0.1C的电流充电,没有充满电的电池会继续充电,已经充满电的电池,会变成热量而散掉。这样,没有充满电的电池容量就上升了,充满电的发热消耗掉充入电量。采用这个方法,可以达到串连电池组的均衡。
欢迎网友,特别是氢镍电池制造商和做氢镍电池管理的网友进行试验交流心得。

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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!

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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。

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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!

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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。

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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。

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ding


[此贴子已经被作者于2006-3-17 9:53:20编辑过]

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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!

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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。

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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。

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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!

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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?

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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!

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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。

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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

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