磷酸铁锂电池平衡充电之间歇充电法

    前文（电动自行车改装磷酸铁锂电池）中叙述了两种充电法：一对一充电法和超压放电平衡充电法。对于这两种充电法各有利弊，一对一充电法充电平衡效果较好，但是充电器数目多，充电器损坏概率大大增加，如某个充电器坏了，对应的这个电池没有充电，而车上的电表看不出少了零点几伏的电压变化，此时使用电动自行车很快这电池就会过放电，表现在电压表上显示电压很高，骑车的时候电压表指针晃动的很厉害（还好铁锂电池过放性能不错，碰到过一次，铁锂电池居然没损坏）。现在笔者拆掉了12个充电器，安装了一块超压放电平衡板（前文中所述的--耗能分流法）。所谓超压放电平衡就是当串联充电时某块电池电压超过预设值时打开放电回路，这个放电回路有两个功能：一个放掉这电池上多充的电；第二为串联充电提供充电通路。

     在串联充电或放电过程中产生不平衡的机理到底在那儿？前文中述对充电不平衡有“不平衡产生的机理是由于电池充电末期电势和内阻快速上升造成的”的说法当然这是其中一个原因。本文用能量守恒的原理来阐述这种不平衡的现象。

对电池充电：

U=E+IR  U电池充电电压，E电池电动势，I充电电流，R电池内阻。两边同乘以I和充电时间T就可得到：

对电池充入的电能量=电池中电荷获得的能量+内阻产生的热能

或：电池中电荷获得的能量=对电池充入的电能量-内阻产生的热能

对电池放电：

对外做功的能量=电池中电荷释放的能量-内阻产生的热能

或：电池中电荷释放的能量=对外做功的能量+内阻产生的热能

从上式中可以得出这样一个结论：在串联电路中电池的内阻是产生充放电不平衡的根本原因。

如用2A恒流充电，铁锂电池电压3.3V，充电5小时计算。

内阻（毫欧）	充入总能量（WH）	损耗能量（WH）	电荷接收能量（WH）
5	33	0.1	32.9
6	33	0.12	32.88
7	33	0.14	32.86
8	33	0.16	32.84
9	33	0.18	32.82
10	33	0.2	32.8

从上表可以看出：对于不同内阻的电池电荷获得的电能量是不同的；在放电过程中也同样道理。

如果完全平衡的一组电池（不用平衡板），由于内阻的差异，在使用几十次之后平衡问题就突显出来了。所以在做电池组的时候要尽量挑选内阻基本一致的较好。

串联充电要解决两方面的问题：一是放电过程中产生的不平衡；二是充电时自身产生的不平衡。也就是电池每次放电前不管容量大小保证每个电池电都是充满的。

间歇充电法：

间歇充电法就是在充电后期形成充电-停充交替进行的充电方法。当外部电路对磷酸铁锂电池充电时，电池内部的离子产生需要有一定的响应时间，如果持续不断的对它进行充电，会降低电荷对电的接受率。在充电后期（当充电电流为恒流电流的1/3时），加入一个关断（停充）的时间（2至3分钟），就可以让电池两极产生的离子有一个扩散的过程，使得电池有了一个“消化”的时间，这会使电池电荷接受率大大提高，也可使已经充满的电池通过保护电路放电。实践证明用此方法充电无论对单节电池还是串联电池效果都很好。

铅酸蓄电池充电器改造：

常见铅酸蓄电池三段式充电器充电电压变换电路，如图：

 

R3、R4分压电路决定输出电压大小，A点注入12V高电位，输出电压下降，A点低电位输出电压升高。所以A点的电位与绿灯有关，绿灯亮时A点高电位，输出电压低（铅酸蓄电池浮充电压），A点低电位时输出电压高（铅酸蓄电池均充电压）。

如果要改成铁锂电池充电器只要断开A点电路、调整R3或R4使输出电压为43.2V（12串铁锂电池）即可。

要改成间歇充电法，那么还要附加计时电路（有的充电器有4060计时电路可改造无需另加）。如图：

 

 

 

铅酸蓄电池充电器一般在充电电流0.5A时跳绿灯。上图555计时电路，开始充电红灯亮时，三极管导通，4脚低电位而555计时电路关闭。当充电电流小于0.5A时绿灯亮红灯熄灭，红灯灭，三极管截止，4脚获高电位，555开始工作。3脚输出高电位到上面电路的A 点使输出电压降低至40V左右（如电压偏高可调整R1或R2），由于防倒灌二极管的存在，电池电压比充电器电压高而关闭充电功能，此时电池电压开始回落，已经充电到3.65V的电池开始放电。555延迟时间T=0.693RC，2.5分钟后3脚输出低电位（A点低电位），输出电压又回到原来的43.2V，重新开始充电。前几次开关的变化会跳红灯，也就是充电电流会大于0.5A，最后始终都是绿灯而且保护板上的放电LED灯一个都不亮，表示电池已经平衡充满。

 

 

   制作简单的过充保护板+间歇充电法的充电器=完美的充电组合