新車上市，當(dāng)然我說的是電動汽車，時常會出現(xiàn)這樣的介紹：“快速充電，半小時充電80%，續(xù)航200公里，完全解決你的里程焦慮！”快充，商用車用來提升設(shè)備使用效率，乘用車用來解決里程焦慮，不斷逼近“加一箱油”的時間。大有成為標(biāo)配的趨勢。今天就一塊兒來挖一挖快充方法，捎帶挖一挖方法的由來。

充電多快可以叫“快充”？

我們充電的基本訴求：

1）充電要快；’

2）不要影響我電芯壽命；

3）盡量省錢，充電機放出來多少電，盡量都充到我的電池里。

那么多快就可以叫快充了呢？并沒有什么標(biāo)準(zhǔn)文獻給出具體數(shù)值，我們暫且參考知名度最高的補貼政策中提及的數(shù)值門檻。下表是新能源客車2017年補貼標(biāo)準(zhǔn)?？梢钥吹?，快充的入門級是3C。實際上，在乘用車的補貼標(biāo)準(zhǔn)中，沒有提及快充的要求。從一般乘用車的宣傳資料中，可以看到，大家一般認為30分鐘充滿80%已經(jīng)可以作為快充的噱頭，拿出來宣傳了，那么姑且認為乘用車的1.6C就可以是入門級快充參考值。按照這個思路，宣傳15分鐘充滿80%的，相當(dāng)于3.2C。

快充的瓶頸在哪里？

在快充這個語境里，相關(guān)方按照物理主體分，包括電池、充電機、配電設(shè)施。

我們討論快充，直接的想到電池會不會有問題。實際上，在電池有問題之前，首先是充電機，配電線路的問題。我們提到特斯拉的充電樁，其名曰超級充電樁，它的功率是120kW。按照特斯拉Model S85D的參數(shù)，96s75p，232.5Ah，最高403V計算，其1.6C對應(yīng)最大需求功率為149.9kW。從這里就可以看到，對于長續(xù)航純電動車型，1.6C或者說30分鐘充滿80%已經(jīng)對充電樁構(gòu)成考驗。

在國家標(biāo)準(zhǔn)中，不允許在原來的居民用電網(wǎng)絡(luò)中直接直接設(shè)置充電站。1臺快充樁的用電功率就已經(jīng)超出幾十戶居民的用電量。因此，充電站都需要單獨設(shè)置10kV變壓器，而一個區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)并非都有余量增加更多的10kV變電站。

然后說道電池。電池是否能夠承載1.6C或者3.2C的充電要求，可以從宏觀和微觀兩個角度來看待。

宏觀上的快速充電理論

之所以這節(jié)的題目叫做“宏觀上的快速充電理論”，是因為直接決定電池快速充電能力的是鋰電池內(nèi)部正負極材料性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)，電解液成分、添加劑，隔膜性質(zhì)等等，這些微觀層面的內(nèi)容，我們暫時放在一邊，站在電池外邊，看鋰電池快速充電的方法。

鋰電池存在最優(yōu)充電電流

1972 年美國科學(xué)家J.A. Mas 提出蓄電池在充電過程中存在最佳充電曲線和他的馬斯三定律，需要注意的是，這個理論是針對鉛酸蓄電池提出的，其界定最大可接受充電電流的邊界條件是少量副反應(yīng)氣體的產(chǎn)生，顯然這個條件與具體的反應(yīng)類型有關(guān)。

但系統(tǒng)存在最優(yōu)解的思想，卻是放之四海而皆準(zhǔn)的。具體到鋰電池，界定其最大可接受電流的邊界條件可以重新定義?；谝恍┭芯课墨I的結(jié)論，其最優(yōu)值仍然是類似馬斯定律的曲線趨勢。

值得注意的是，鋰電池的最大可接受充電電流的邊界條件，除了需要考慮鋰電池單體的因素，還需要考慮系統(tǒng)級別的因素，比如散熱能力不同，系統(tǒng)的最大可接受充電電流是不同的。然后我們暫且以這樣的基礎(chǔ)繼續(xù)向下討論。

馬斯定理的公式描述：

I =I0*e^αt

式中；I0為電池初始充電電流；α 為充電接受率；t 為充電時間。I0和α 的值與電池類型、結(jié)構(gòu)和新舊程度有關(guān)。

現(xiàn)階段對電池充電方法的研究主要是基于最佳充電曲線來開展的。如下圖所示，如果充電電流超過這條最佳充電曲線，不但不能提高充電速率，而且會增加電池的析氣量；如果小于此最佳充電曲線，雖然不會對電池造成傷害，但是會延長充電時間，降低充電效率。

對這個理論的闡述包含三個層次，是為馬斯三定律：

①對于任何給定的放電電流， 蓄電池充電時的電流接受比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?？梢越邮艿暮x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時的可接受電流值；第三定律，充電接受能力會受到充電時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。而更進一步的，真正將馬斯理論全盤運用的，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

這是來自文獻中的一個脈沖充電方式，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)注一下脈沖實施過程。

下面是脈沖充電曲線，主要包括三個階段：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（4.2 V）時，進入脈沖充電模式：用1 C 的脈沖電流間歇地對電池充電。在恒定的充電時間Tc內(nèi)電池電壓會不斷升高，充電停止時電壓會慢慢下降。當(dāng)電池電壓下降到上限電壓（4.2 V）后，以同樣的電流值對電池充電，開始下一個充電周期，如此循環(huán)充電直到電池充滿。

鋰電池充電要主義幾個問題。首先是激活，一般新電池經(jīng)過3-5次正常的充放電循環(huán)就可 激活鋰電池，其實在出廠的時候一般鋰電池至少經(jīng)過了一次激活，因為人家廠家多少都要檢測一下嘛。很多人拿到新手機要充充電12小時了才覺得是激活的最好方法，其實這是鎳鎘電池和鎳氫電池的激活方式。鋰電池怕的是過充和過度放電，也就是說不要讓手機電量低到?jīng)]電也不要充電過久達到過充狀態(tài)，因為這兩種做法都會影響到鋰電池的壽命。過度放電可能會破壞鋰電池的電解液性能，導(dǎo)致以后充電不順暢。而鋰離子電池在充滿后都會自動停充，并不會出現(xiàn)鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時的“涓流”充電。小編建議一般鋰電池電量在20%-30%左右進行充電直至85%-90%左右是最適宜的，這樣能夠保持鋰電池良好的充放電性能，延長使用壽命。