鋰電池的各種充電方法

大家好，小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。鋰電池的各種充電方法這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，充電方式對(duì)其性能影響很大，合理的充電方式可以延長(zhǎng)鋰電池的壽命，提高充電效率。

2、本文對(duì)鋰電池的各種充電方法，進(jìn)行了分析，從充電速度、使用壽命、實(shí)施成本等方面比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，供大家參考。

3、一.理論基礎(chǔ)

4、1972年，科學(xué)家J.A.Mas提出電池充電過(guò)程中存在一個(gè)最優(yōu)充電曲線：I=I0e-t，其中；0是電池的初始充電電流；是充電接受率；t是充電時(shí)間。

5、I和的值與電池類型、結(jié)構(gòu)和年齡有關(guān)。

6、目前對(duì)電池充電方法的研究主要是基于最佳充電曲線。

7、如圖1所示，如果充電電流超過(guò)這個(gè)最佳充電曲線，不僅不能提高充電速率，還會(huì)增加電池的析氣；如果小于這個(gè)最佳充電曲線，不會(huì)對(duì)電池造成傷害，但會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間，降低充電效率。

8、圖1鋰電池的充電特性

9、二、收費(fèi)方法

10、鋰電池的充電方式有很多種，根據(jù)充電效率可以分為常規(guī)充電和快速充電。

11、常規(guī)充電方式包括恒流充電、恒壓充電、分段充電和間歇充電，快速充電包括脈沖充電和反射充電。最后對(duì)智能充電進(jìn)行了分析。

12、1.恒流充電

13、根據(jù)充電電流，恒流充電可分為快速充電、標(biāo)準(zhǔn)充電和涓流充電。

14、在整個(gè)充電過(guò)程中，一般是通過(guò)調(diào)節(jié)電源的充電電壓或改變與電池串聯(lián)的電阻值來(lái)保持電池的充電電流恒定。

15、該方法具有控制簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)，且適合于對(duì)具有多個(gè)串聯(lián)連接的電池的電池組進(jìn)行充電。

16、缺點(diǎn)是鋰電池接受充電的能力會(huì)隨著充電的進(jìn)度逐漸降低，過(guò)大的充電電流會(huì)在充電后期造成電池內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，對(duì)電池造成損害。

17、因此，恒流充電經(jīng)常被用作階段充電的一個(gè)環(huán)節(jié)。

18、2.恒壓充電

19、恒壓充電是指在整個(gè)充電過(guò)程中，充電電壓保持恒定，充電電流隨著電池狀態(tài)的變化而自動(dòng)調(diào)整。

20、隨著充電的進(jìn)行，充電電流逐漸減小。

21、與恒流充電相比，其充電過(guò)程更接近最佳充電曲線，控制簡(jiǎn)單，成本低。

22、缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，充電初期電池充電電流過(guò)大，直接影響鋰電池的壽命和服務(wù)質(zhì)量。

23、所以恒壓充電方式很少單獨(dú)使用，只有在充電電源電壓低，電流大的情況下才使用。

24、3.恒流恒壓充電

25、圖2顯示了恒流和恒壓充電曲線。

26、充電前，先檢查電池電壓。如果電池電壓低于mosfet(約2.5V)，用C/10的小電流對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，使電池電壓緩慢上升。當(dāng)電池的電壓達(dá)到mosfet時(shí)，會(huì)以恒定電流充電。在這個(gè)階段，電池會(huì)以大電流(0.5 C ~ 1 C)充電，電池的電壓會(huì)迅速上升，電池容量會(huì)達(dá)到其額定值的85%左右。電池電壓上升到上限電壓(4.2V)后，電路切換到恒壓充電模式，電池電壓基本維持在4.2V，充電電流逐漸減小，充電速度變慢?，F(xiàn)階段主要是保證電池充滿電。當(dāng)充電電流下降到0.1C或0.05C時(shí)，判斷電池充滿電。

27、圖2恒流和恒壓充電曲線

28、恒壓充電避免了恒壓充電初期充電電流過(guò)大的問(wèn)題，也克服了恒壓充電后期的過(guò)充現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，廣泛應(yīng)用于鋰電池充電。

29、但不能消除電池充電時(shí)的極化現(xiàn)象，影響充電效果。

30、4.脈沖充電

31、如圖3所示，是一條脈沖充電曲線，主要包括三個(gè)階段：預(yù)充電、恒cu

32、在恒定的充電時(shí)間Tc內(nèi)電池電壓會(huì)不斷升高，充電停止時(shí)電壓會(huì)慢慢下降。

33、當(dāng)電池電壓下降到上限電壓（4.2V）后，以同樣的電流值對(duì)電池充電，開(kāi)始下一個(gè)充電周期，如此循環(huán)充電直到電池充滿。

在脈沖充電過(guò)程中，電池電壓下降速度會(huì)漸漸減慢，停充時(shí)間T0會(huì)變長(zhǎng)，當(dāng)恒流充電占空比低至5%～10%時(shí)，認(rèn)為電池已經(jīng)充滿，終止充電。

35、與常規(guī)充電方法相比，脈沖充電能以較大的電流充電，在停充期電池的濃差極化和歐姆極化會(huì)被消除，使下一輪的充電更加順利地進(jìn)行，充電速度快、溫度的變化小、對(duì)電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。

36、但其缺點(diǎn)很明顯：需要一個(gè)有限流功能的電源，這增加了脈沖充電方式的成本。

C.K.Leong等研究的脈沖充電，每個(gè)充電周期持續(xù)大約1s，首先對(duì)電池進(jìn)行正向充電，然后停充和反向放電各20～30ms。

38、正向脈沖電流給電池充電，而負(fù)向脈沖電流減少氣體從電極中析出，可對(duì)電池采用較大電流實(shí)現(xiàn)快速充電。

5. 間歇充電法

鋰電池間歇充電法包括變電流間歇充電法和變電壓間歇充電法。

變電流間歇充電法

變電流間歇充電法是由廈門大學(xué)陳體銜教授提出來(lái)的，它的特點(diǎn)是將恒流充電改為限壓變電流間歇充電。

43、如圖4(a)所示，變電流間歇充電法的第一階段（也是主要階段），先采用較大電流值對(duì)電池充電，在電池電壓達(dá)到截止電壓V0時(shí)停止充電，此時(shí)電池電壓急劇下降。

圖4 間歇充電曲線

保持一段停充時(shí)間后，采用減小的充電電流繼續(xù)充電。

47、當(dāng)電池電壓再次上升到截止電壓V0時(shí)停止充電，如此往復(fù)數(shù)次（一般約為3～4次）充電電流將減小設(shè)定的截止電流值。

48、然后進(jìn)入恒電壓充電階段，以恒定電壓對(duì)電池充電直到充電電流減小到下限值，充電結(jié)束。

49、變電流間歇充電法的主充階段在限定充電電壓條件下，采用了電流逐漸減小的間歇方式加大了充電電流，即加快了充電過(guò)程，縮短了充電時(shí)間。

50、但是這種充電模式電路比較復(fù)雜、造價(jià)高，一般只有在大功率快充時(shí)才考慮采用。

變電壓間歇充電

在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上，有人又研究了變電壓間歇充電法。

53、兩者的差異就在于第一階段的充電過(guò)程，將間歇恒流換成間歇恒壓。

54、比較圖4(a)和圖4(b)，可見(jiàn)恒壓間歇充電更符合最佳充電的充電曲線。

55、在每個(gè)恒壓充電階段，由于電壓恒定，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。

6. Reflex 快速充電法

Reflex快速充電方法，又被稱為反射充電方法或“打嗝”充電方法。

58、該方法的每個(gè)工作周期包括正向充電、反向瞬間放電和停充3個(gè)階段。

59、它在很大的程度上解決了電池極化現(xiàn)象，加快了充電速度。

60、但是反向放電會(huì)縮短鋰電池壽命。

Sheng-Yuan Ou和Jen-Hung Tian對(duì)Reflex快速充電方法進(jìn)行了研究，充電曲線如圖5所示，在每個(gè)充電周期中，先采用2C的電流充電時(shí)間為10s的Tc，然后停充時(shí)間為0.5s的Tr1，反向放電時(shí)間為1s的Td，停充時(shí)間為0.5s的Tr2，每個(gè)充電循環(huán)時(shí)間為12s。

62、隨著充電的進(jìn)行，充電電流會(huì)逐漸變小。

63、實(shí)驗(yàn)證明，這種充電方法可以使單體鋰電池的充電時(shí)間提升到40min，電池溫度僅僅升高1.1℃，充電效率達(dá)到87.51%。

圖5 Reflex 充電曲線

7. 智能充電法

智能充電是目前較先進(jìn)的充電方法，如圖6(a)所示，其主要原理是應(yīng)用du/dt和di/dt控制技術(shù)，通過(guò)檢查電池電壓和電流的增量來(lái)判斷電池充電狀態(tài)，動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受的充電電流，使充電電流自始自終在電池可接受的最大充電曲線附近。

68、這樣電池能在很少析氣的狀態(tài)下快速將電充滿。

圖6 智能充電

如圖6(b)所示，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合，研究出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計(jì)了智能充電控制系統(tǒng)。

72、它既具有模糊控制器的善于表達(dá)人類的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、推理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的直接從控制數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)知識(shí)、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

73、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，智能充電法在充電過(guò)程中電壓變化平穩(wěn)，充電時(shí)間短，因此它作為模糊自適應(yīng)控制方案中的一種，未來(lái)將受到愈來(lái)愈多的重視。

審核編輯 ：李倩

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