基于ReflexTM充电策略的锂离子电池充电器设计摘要：为实现动力锂离子电池的高效快速充电，采用非耗散型的ReflexTM充电方法，消除充电过程中的极化现象，在分析改变充电电流参数对充电过程的优化作用基础上，提出一种变流变频充电控制策略.设计双向DCDC变换器及其控制电路，实现可变流变频的ReflexTM充电策略.通过改变正负脉冲幅值和占空比等实验，验证其可行性和有效性.关键词：锂离子电池；充电策略；双向DCDC变换器；变流变频控制：TM910.6文献标志码：AAbstract：Toachievethehighefficientandfastchargeofapowerlithiumionbattery，anondissipativechargingmethodcalledasReflexTMisadoptedtoremovethepolarizationphenomenoninthechargingprocess.Basedontheanalysisoftheoptimizationfunctionofdifferentchargingcurrentparametersonthechargingprocess，thevariablecurrentandvariablefrequencycontrolstrategyispresented，andthenabidirectionalDCDCconverteranditscontrolcircuitaredesignedtoimplementthestrategy.Thefeasibilityandavailabilityofthestrategyisprovedthroughtheexperimentwherethepositiveandnegativepulseamplitudesandthedutycyclearechanged.Keywords：lithiumionbattery；chargingstrategy；bidirectionalDCDCconverter；variablecurrentandvariablefrequencycontrol0引言锂离子电池与传统的镍镉、镍氢电池相比，具有单体电压高、能量密度大、自放电率低、几乎没有“记忆效应”等突出优点，且不含铅、镉等有毒物质，逐渐应用于载运工具的动力电池，如：航天与航空飞行器、舰船储能及推进[1]、电动汽车[2]等.锂电池在充电过程中会产生极化现象，导致充电电压升高，充电效率降低.为此，研究者对充电波形的变化进行研究.目前主要有两种去极化的方式，一种是采用负脉冲强制去极化，另一种是采用间歇充电的自然去极化方式，两种方式都能有效地改善极化现象.CHEN[3]研究脉冲电流在充电过程中对电池电化学性能的影响，得出脉冲充电不仅可以有效缩短充电时间并且可以延长电池的寿命的结论.KIM等[4]研究充电过程受间歇和放电去极化的影响，并且还对充电过程中电解质本体、正负极板和隔膜的电阻变化等通过数学建模进行模拟，发现弱化极化现象、减小电池内阻、减缓充电电压升高、短时间内提高电池充电接受能力都可以通过间歇和放电脉冲的方式达到.另外，国内外很多的研究者也认为，利用脉冲电流和去极化脉冲能够显著地改善电池的充电效果.[5～8]本文将ReflexTM方法引入锂离子电池充电器控制，设计双向DCDC变换器，详细分析充放电波形与周期对系统快速充电的影响，提出一种基于变流变频控制的ReflexTM锂离子电池快速充电方法，以提高充电效率，减少损耗，优化充电过程.1基本ReflexTM充电策略ReflexTM充电策略是一种采用正负脉冲交替的充电方法，在正的充电脉冲之后加上一段负的放电脉冲来消除电池极化，其波形见图1.其机理是利用负脉冲所提供的电池的“打嗝”作用，消除反应过程中电极表面产生的气泡，使电池充电过程的温升和内部阻抗的增加量减少，使电能尽可能充分地转化为蓄电池内部的化学能，有利于消除由于扩散速度较慢引起的浓度极化，提高电池内部活性材料的利用率，从而达到增加电池充放电次数的目的.有许多类型的功率变换器能够实现这种脉冲充电策略[910]，且在铅酸电池、镍氢电池的充电器中已经得到应用.在RP，开关管S1和S2彻底关断以阻断直流母线与电池组的连接，主要用来使电解质离子扩散得更均匀以中和电解液的浓度，从而提高电池的充电效率，延长电池的使用寿命.2ReflexTM充电策略的改进及控制方法在采用典型的ReflexTM充电策略进行充电的过程中，脉冲幅值和间隔保持不变.采用脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）控制方法，通过调节占空比D控制双向DCDC变换电路输出的脉冲波形，可以使其输出脉冲的幅值和间隔变化，优化充电过程，进一步提高充电速度和效率.2.1控制电路设计采用改进的变流变频快速充电方案的脉冲充电电流控制电路（见图2）主要由1个差分放大器和2个由主控芯片的两个输出引脚所控制的模拟开关组成.主控芯片采集电池组的电压信...