适用于锂电池和铅酸电池的可编程电池充电器

细节: 类别：电池; 2021年3月30日

电池作为最便捷的储能解决方案之一，近年来日益普及。如今，电池不仅可以用于个人电子设备、汽车和不间断电源（UPS）系统，还可以用于电动汽车和可再生能源存储。.

然而，不同类型电池的特性各异，给消费者乃至工程师在选择电池和充电器时带来了技术挑战。本文将探讨两种最常用的电池类型——铅酸电池和锂电池之间的区别，以及如何选择合适的充电器。.

铅酸电池和锂电池的特性：
铅酸电池作为最常用的电池类型之一，拥有悠久的历史。其优点包括高充电电压耐受性、高过流容量、宽工作温度范围和低成本。它们常用于汽车、叉车等移动设备以及备用电源系统。铅酸电池的缺点是自放电率高、充放电循环寿命相对较短；因此，它们不适用于储能应用。
与铅酸电池不同，锂电池具有充放电速率高、自放电率低和能量密度高等优点，使其成为长期储能的更佳选择。根据锂电池正极所用金属的不同，锂电池种类繁多，性能各异。钴酸锂（LCO）能量密度高，是个人电子产品的理想选择。磷酸铁锂（LiFePO4）寿命更长，热稳定性相对较好，是储能解决方案的更佳选择。锂电池的局限性在于热失控可能导致起火。因此，锂电池需要更严格的充放电控制。

电池充电算法：
单个铅酸电池的标称电压约为1.8–2.3V，最大推荐充电电流为0.3C。市售大多数电池由多个电芯串并联组成，形成高容量电池，电压通常为12V、24V和48V等更实用的电压。需要注意的是，“12V”、“24V”或“48V”常被误用作电压范围的指示。实际电压会根据剩余容量不断变化。例如，典型的“12V”AGM铅酸电池的开路电压介于10.8V（30%容量）和13.8V（100%容量）之间。
由于铅酸电池的自放电率较高，通常建议采用三阶段充电法。典型的充电周期始于恒流充电阶段（图 1 中的“阶段 1”），此时充电器将输出电流限制在最大容量范围内，并缓慢提升输出电压。当电池电压达到最大充电电压后，充电器切换至恒压充电阶段（图 1 中的“阶段 2”）。此时，充电器开始持续输出其最大标称电压，并监测输出电流。最后，当充电电流降至标称电流的约 10% 以下时，充电器切换至浮充阶段（图 1 中的“阶段 3”）。在此阶段，充电器降低输出电压以防止过充。尽管此时电池已接近充满，但仍会持续从充电器汲取电能以补偿自身损耗。图 1.

三阶段充电曲线。
锂电池的标称电压范围为 3.2V 至 4.4V，最大充电电流可达 1C。即使是化学成分相同的锂电池，不同制造商生产的电池也可能具有不同的标称电压和充电电流。与铅酸电池不同，锂电池不能承受过高的充电电压，也不需要浮充来维持其状态。因此，锂电池通常采用两阶段充电（图2），无需浮充阶段。

图2. 两阶段充电曲线。
单体电池不平衡是许多锂电池面临的问题。由于制造公差，锂电池的等效串联电阻（ESR）无法完全匹配。这种差异会导致同一电池组中的单体电池以不同的电压或电流充电。ESR较低的单体电池总是会先充满电/放电，因此这些单体电池会更快老化失效。单体电池不平衡不仅会缩短电池寿命，还可能导致热失控，造成安全隐患。为了解决这个问题，大型锂电池组必须配备电池管理系统（BMS）。BMS的基本功能是监控电池的充电状态，并以被动或主动的方式平衡单体电池。被动式BMS通过使用功率电阻器对充满电的单体电池进行放电来平衡电池。它坚固耐用且设计相对简单，但效率和效果较差。另一方面，主动式BMS会单独对单体电池进行充电，以使其充电水平相匹配。由于有源 BMS 可以对每个电芯进行充电控制，因此一些带有有源均衡 BMS 的锂电池组只需要恒压 AC/DC 电源作为充电器。

明纬智能电池充电解决方案
如前所述，不同化学成分和不同制造商生产的电池可能具有不同的特性。为了确保可靠性、使用寿命和安全性，建议（锂电池必须）优化充电曲线。明纬可编程直流充电器配合SBP-001智能充电编程器，提供灵活便捷的充电曲线调节界面。
例如，我们将使用新型HEP-1000系列，并选择恒压48V、最大功率1008W的HEP-1000-48型号。用户可将HEP-1000-48连接至明纬SBP-001智能充电编程器并启用充电模式。对于典型的密封铅酸电池，默认充电曲线为三阶段（图3），升压充电电压为57.6V，浮充电压为55.2V。对于其他类型的铅酸电池，充电电压和电流可分别轻松调节至 36–60V 和 3.5–17.5A。

图 3 显示了智能充电程序（HEP-1000-48，三段式充电）。
只需选择两段式充电模式，HEP-1000 也可用于在相同调节范围内为锂电池充电。要为最大充电电压为 56V 的 20Ah LiFePO4 电池充电，可将图 4 所示的“CV”和“CC”选项分别设置为 56V 和 17.5A，以实现更快的充电速度。用户还可以降低充电电流，以防止过热和电压骤降，从而避免过充的可能性。