長期以來，鉛酸蓄電池作為主要的動力源或后備電源得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，鎳氫電池和鋰電池出現(xiàn)以后，多用于手機(jī)、筆記本電腦以及數(shù)碼相機(jī)等小功率場合。

　　鋰電池具有能量密度和體積密度高、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、自放電低又無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，是電動汽車的理想動力源。但鋰電池的抗過充電能力較鉛酸電池差，部分電池在充電過程中存在嚴(yán)重的過充電現(xiàn)象，使得電池的容量下降迅速，電池的壽命嚴(yán)重縮短，車輛的運(yùn)行成本增加，阻礙了電動汽車的發(fā)展。

　　過充電現(xiàn)象

　　由于鋰電池的抗過充電能力較弱，不能像鉛酸電池一樣通過充電后期的涓流充電實(shí)現(xiàn)均衡，所以即便在電池出廠時進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，使用一段時間后，單體電池之間的容量依然會出現(xiàn)差異，這樣在充電過程中，勢必出現(xiàn)部分電池先充滿電的現(xiàn)象發(fā)生。同時，基于電池組端電壓的充電方法并不能及時有效地得知電池組中是否有個別電池已經(jīng)充滿電，使得先充滿電的電池出現(xiàn)過充電現(xiàn)象。

　　因此，對于鋰離子電池而言，采用基于端電壓的充電模式也會因?yàn)榘l(fā)生了嚴(yán)重的過充電問題，導(dǎo)致電池大量發(fā)熱和電池的容量衰減迅速，壽命嚴(yán)重縮短。更嚴(yán)重的會使電池的電解液分解，產(chǎn)生的氣體使壓力增加、電池的溫度迅速上升。繼續(xù)充電會導(dǎo)致電池的隔膜熱閉合、隔膜溶解、電池的正負(fù)極斷路大量發(fā)熱，使得電池著火甚至爆炸，進(jìn)而損毀電池。

　　因此，電動汽車的鋰電池在充電過程中，采用電池管理系統(tǒng)(BMS)十分必要。BMS使充電機(jī)能夠?qū)崟r地了解電池的信息，從而有效地解決部分電池的過充電問題。

　　保證實(shí)時監(jiān)測的方法

　　充電過程中，BMS通過通信線和充電機(jī)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。BMS將總電壓、最高單體電池電壓、最高溫度、溫升、最大允許充電電壓、最高允許單體電池電壓以及最大允許充電電流等參數(shù)實(shí)時地傳送到充電機(jī)，充電機(jī)就能根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的信息改變自己的充電策略和輸出電流。

　　在實(shí)際操作中，當(dāng)BMS提供的最大允許充電電流比充電機(jī)設(shè)計(jì)的電流容量高時，充電機(jī)按照設(shè)計(jì)的最大輸出電流充電；當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，BMS能實(shí)時檢測到并及時通知充電機(jī)改變電流輸出；當(dāng)充電電流大于最大允許充電電流時，充電機(jī)將根據(jù)最大允許充電電流進(jìn)行充電。

　　充電過程中一旦出現(xiàn)故障，BMS可將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機(jī)停機(jī)，避免發(fā)生事故，保障充電的安全。

　　這樣地不斷反饋和及時調(diào)整充電狀態(tài)的充電模式，既完善了BMS的管理和控制功能，又能使充電機(jī)根據(jù)電池的狀態(tài)，實(shí)時地改變輸出電流，達(dá)到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的。

　　同時，這種實(shí)時監(jiān)測的方法使充電機(jī)具有更好的適應(yīng)性，不需要區(qū)分電池的類型，只需要得到BMS提供的電流指令就能實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電，提高了充電的安全性和智能化水平，并簡化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣工作。

　　值得推行的充電模式

　　目前，使BMS與充電機(jī)協(xié)調(diào)配合的充電方法已經(jīng)在北京121路電動公交充電站得到試行。

　　測試車輛的電池配備情況如下：

　　電池容量360A·h；

　　電池類型為錳酸鋰電池；

　　串聯(lián)電池?cái)?shù)為104節(jié)；

　　充電端電壓限制為437V(+4.2×104=436.8V)；

　　最大單體電壓限制為4.23V，充電機(jī)最大輸出電流為100A。

　　為了實(shí)時監(jiān)測電池充電信息，車載電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。充電機(jī)和監(jiān)控PC相連，實(shí)現(xiàn)充電機(jī)的監(jiān)控和起停控制等。充電過程被PC機(jī)記錄，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，監(jiān)控PC機(jī)與打印機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的打印。充電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　測試中，電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合的充電模式下的實(shí)際充電曲線。

　　從圖2可以看出：在充電初期，電池最大允許充電電流較高，所以充電機(jī)按照最大設(shè)計(jì)電流(100A)輸出。為了防止部分電池過充電，當(dāng)最高電池單體的電壓上升到限制電壓(4.23V，電池廠家提供數(shù)據(jù))時，雖然電池的端電壓為431V(圖2中平均電壓僅4.15V)，未達(dá)到限制電壓437V，但是充電電流開始下降，并在以后的過程中可以看到，最高單體電池的電壓一直未超過4.23V，有效地防止了電池出現(xiàn)過充電現(xiàn)象。

　　在充電的后期，當(dāng)電池的最大允許充電電流下降到充電電流以下后，充電機(jī)的輸出有效地跟蹤最大允許充電電流，當(dāng)電池的SOC=100％后，可以看到，充電電流降到15A，進(jìn)行充電效率的補(bǔ)償充電。

　　同時，單體電池的電壓有一定的降落，當(dāng)單體電池的最高電壓再次上升到限制電壓（4.23V）或電池組端電壓到限制電壓（437V）后充電結(jié)束。

　　該充電方法在北京121路電動公交車站運(yùn)用，充電過程未出現(xiàn)電池冒煙或著火的事故，證明該方法可有效杜絕電池的過充電，能保障電池充電的安全性。

　?。ㄓ捎谄?，原文有刪節(jié)。）

　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 文鋒 姜久春 張維戈 郭慧萍|文

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