[实用新型]一种应用于锂金属电池的充放电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种应用于锂金属电池的充放电系统。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的、清洁的储能介质，广泛被应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等，也被尝试应用于无人飞机等军事领域，是发展下一代高能量储能设备的主要方向。虽然锂离子电池的能量密度较传统铅酸、镍氢等电池要高，但仍不能满足人们日益增加对更高能量密度的需求。因此开发下一代锂电池体系变得尤其重要。金属锂，其高比容量(3860mAhg-1)和低还原电位(-3.04V vs.标准氢电极电势)，被认为是应用于下一代锂电池体系中最有前景的电极材料。然而，锂金属电极在真正应用之前仍需解决许多问题。

在一个典型的充电过程中，锂离子在锂金属电极表面获得电子，并沉积成金属锂。由于锂金属电极表面形貌复杂，以及在其表面发生的化学反应很复杂，所以这种电沉积通常是不均匀的，难以控制。同时粗糙表面又造成的电荷分布不均匀。在随后的循环中，这种不均匀的电沉积物或者说是锂枝晶，会变得更加严重。锂枝晶的生长被认为是限制锂金属电极应用的主要问题。另外，锂金属会和电解液发生不可逆反应，形成固体电解质界面膜(SEI)，以钝化活性高的锂金属，减少活性物质的进一步消耗。由于锂金属电极的体积膨胀和锂枝晶的生长，脆弱的SEI可能在循环过程中破裂。SEI的不稳定性也是锂枝晶形成的另一个原因。一旦新鲜的锂再次遇到电解液，反应就会再次发生，形成新的SEI，从而导致不可逆的锂和电解质的消耗。最终导致锂金属电池的库仑效率降低，容量衰减。电极表面的枝晶可以穿透隔膜，引起短路发热，甚至点燃有机溶剂。此外，锂金属电极的巨大体积变化也会导致电池内部压力变化和界面波动。

大量的研究对锂金属负极进行了调节，一定程度上稳定了锂金属电池的电化学行为。另外研究人员也对锂枝晶的形成原因进行了探索，从理论上分析了锂枝晶成核和扩张的条件。锂枝晶的生长是由锂离子及其对离子在电场力作用下扩散和电迁移造成的。在充电过程中，锂离子和其对离子在相反的方向上传输，形成离子浓度梯度。在大电流密度条件下，对锂离子的情况更糟，因为它们无法形成电极。最终锂离子在负极附近堆积，而正极附近的锂离子不断消耗直至耗尽。这种现象被称为“空间电荷”效应，它决定了锂枝晶的起始时间。

许多科研工作者从实验结果上提供了许多思路，也从理论上分析了锂枝晶的生成的原因，但是却都无法从根本上彻底解决锂枝晶生长给锂金属电池带来的一系列问题如库伦效率低、循环性能差、体积膨胀、容量衰减等问题。

因此对锂金属电池充放电的研究变得十分重要，需要研究出对锂电池进行脉冲充放电进行有效测量和控制的装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种应用于锂金属电池的充放电系统，可以在给锂金属电池充电及放电的同时，有效采集锂金属电池的参数，进而提高电池的延长使用寿命，稳定性和安全性。

一种应用于锂金属电池的充放电系统，包括电源接口、电源控制器、充电回路、放电回路以及电源输出，其特征在于，所述充电回路包括连接所述电源控制器的电池充电控制器，连接所述电池充电控制器的脉冲充电整流器，连接所述脉冲充电整流器的锂金属电池组，连接所述锂金属电池组的数据采集和控制模块以及连接所述数据采集和控制模块的人机界面交互模块，所述电池充电控制器控制该充电回路通断以及该充电回路受控于数据采集和控制模块或人机界面交互模块；

所述放电回路包括连接所述人机界面交互模块的电池放电控制器以及连接所述电池放电控制器的锂金属电池组，所述电池放电控制器控制该放电回路的通断。

所述充电回路可采用脉冲或直流充电，放电回路为常规放电。

为了方便实现控制和观察，优选的，所述电池充电控制器通过第一无线通信模块连接所述人机界面交互模块。

为了方便实现控制和观察，优选的，所述数据采集和控制模块通过第二无线通信模块连接所述人机界面交互模块。

为了方便实现控制和观察，优选的，所述电池放电控制器通过第三无线通信模块连接所述人机界面交互模块。

为了实现快速切换，优选的，所述电池充电控制器采用双联双控开关用于切换人机界面交互模块控制的人工模式及数据采集和控制模块控制的自动模式。

本实用新型提供的应用于锂金属电池的充放电系统，可进行锂金属电池的充电及放电过程，方便用户的选择使用。

本实用新型提供的应用于锂金属电池的充放电系统，可以有效实现人机相互，满足用户具体参数的设置需求，并可以及时获取当前情况的充电及放电参数信息。