鋰電池的常見快速充電方法有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-02 09:42
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①對于任何給定的放電電流，蓄電池充電時(shí)的電流接受比α與電池放出的容量平方根成反比;
②對于任何給定的放電量，α與放電電流Id的對數(shù)成正比;
③蓄電池在以不同的放電率放電后，其最終的允許充電電流It(接受能力)是各個(gè)放電率下的允許充電電流的總和。
以上定理，也是充電接受能力這個(gè)概念的來源。先理解一下什么是充電接受能力。找了一圈，沒有看到統(tǒng)一官方的定義。按照自己的理解，充電接受能力就是在特定環(huán)境條件下，具備一定荷電量的可充電電池充電的最大電流。可以接受的含義是不會產(chǎn)生不應(yīng)有的副反應(yīng)，不會對電芯的壽命和性能造成不良影響。
進(jìn)而理解一下三定律。第一定律，在電池放出一定電量以后，其充電接受能力與當(dāng)前荷電量有關(guān)，荷電量越低，其充電接受能力越高。第二定律，充電過程中，出現(xiàn)脈沖放電，有助于幫助電池提高實(shí)時(shí)的可接受電流值;第三定律，充電接受能力會受到充電時(shí)刻以前的充放電情況的疊加影響。
如果馬斯理論也適用于鋰電池，則反向脈沖充電(下文中具體名稱為Reflex快速充電法)除了可以用去極化的角度解釋其對溫升抑制有幫助以外，馬斯理論也作為對脈沖方法的支撐。而更進(jìn)一步的，真正將馬斯理論全盤運(yùn)用的，是智能充電方法，即跟蹤電池參數(shù)，使得充電電流值始終因循鋰電池的馬斯曲線變化，使得在安全邊界以內(nèi)，充電效率達(dá)到最大化。
常見快速充電方法
鋰電池的充電方法有很多種，針對快速充電的要求，其主要方法包括脈沖充電、Reflex充電，和智能充電。不同的電池類型，其適用的充電方式也不完全相同，在方法這節(jié)不做具體區(qū)分。
脈沖充電
這是來自文獻(xiàn)中的一個(gè)脈沖充電方式，其脈沖階段設(shè)置在充電觸及上限電壓4.2V以后，并在4.2V以上持續(xù)進(jìn)行。暫且不提其具體參數(shù)設(shè)置的合理性，不同類型電芯存在差異。我們關(guān)注一下脈沖實(shí)施過程。
下面是脈沖充電曲線，主要包括三個(gè)階段：預(yù)充、恒流充電和脈沖充電。在恒流充電過程中以恒定電流對電池進(jìn)行充電，部分能量被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當(dāng)電池電壓上升到上限電壓(4.2V)時(shí)，進(jìn)入脈沖充電模式：用1C的脈沖電流間歇地對電池充電。在恒定的充電時(shí)間Tc內(nèi)電池電壓會不斷升高，充電停止時(shí)電壓會慢慢下降。當(dāng)電池電壓下降到上限電壓(4.2V)后，以同樣的電流值對電池充電，開始下一個(gè)充電周期，如此循環(huán)充電直到電池充滿。
在脈沖充電過程中，電池電壓下降速度會漸漸減慢，停充時(shí)間T0會變長，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。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、對電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。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。
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。
1)變電流間歇充電法
變電流間歇充電法是由廈門大學(xué)陳體銜教授提出來的，它的特點(diǎn)是將恒流充電改為限壓變電流間歇充電。如下圖所示，變電流間歇充電法的第一階段，先采用較大電流值對電池充電，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。保持一段停充時(shí)間后，采用減小的充電電流繼續(xù)充電。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。然后進(jìn)入恒電壓充電階段，以恒定電壓對電池充電直到充電電流減小到下限值，充電結(jié)束。
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，即加快了充電過程，縮短了充電時(shí)間。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。
2)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。兩者的差異就在于第一階段的充電過程，將間歇恒流換成間歇恒壓。比較上面圖(a)和圖(b)，可見恒壓間歇充電更符合最佳充電的充電曲線。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)。
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。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。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。但是反向放電會縮短鋰電池壽命。
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。隨著充電的進(jìn)行，充電電流會逐漸變小。
智能充電法
智能充電是目前較先進(jìn)的充電方法，如下圖所示，其主要原理是應(yīng)用du/dt和di/dt控制技術(shù)，通過檢查電池電壓和電流的增量來判斷電池充電狀態(tài)，動態(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。這類智能方法，一般結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等先進(jìn)算法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動優(yōu)化。
