快充策略的選擇對18650電池壽命的影響分別是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-09 16:14
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1.恒流恒壓（CCCV）
恒流恒壓充電是最為常見也是最為普通的充電方式，充電開始的階段采用恒流充電的模式對鋰離子電池進行充電，當(dāng)達(dá)到設(shè)置電壓后轉(zhuǎn)而控制電壓不變而不斷降低充電電流直到電流達(dá)到設(shè)置值或者時間達(dá)到設(shè)定值。這種充電策略充電時間主要受到恒流充電電流Icc大小的影響，充電容量則主要受到充電截止電壓Vch和恒壓充電截止電流Iend的影響，而相關(guān)的研究也表明高的充電截止電壓Vch和大的充電電流Icc會導(dǎo)致鋰離子電池的壽命顯著劣化。
2.多步恒流充電法（MSCC）
在這種充電策略中不再使用恒壓充電，而是采用了多步的充電電流遞減的恒流充電策略，例如采用I1恒流充電到截止電壓后，繼續(xù)采用更小的電流I2充電到截止電壓，依次類推直到電流降低到最終截止電流。
3.脈沖充電法（PC）
這種充電方法可以在一些相關(guān)的文獻(xiàn)報道中發(fā)現(xiàn)，在這種充電策略中充電的過程中可能會采用一系列的調(diào)整充電電流甚至是充電方向（放電）的短時間脈沖構(gòu)成，常見的脈沖充電策略有兩種，一種是僅將CCCV充電中的恒壓充電部分替換為脈沖充電（如下圖c所示），另外一種是將整個過程都替換為脈沖充電。
4.加速充電（BC）
所謂的加速充電模式是在CCCV充電模式的基礎(chǔ)上增加了一個大電流的CC或者恒功率充電過程，從而達(dá)到降低充電時間的目的，有研究表明加速充電模式能夠有效的提升鋰離子電池的充電效率，同時又不會對鋰離子電池的循環(huán)壽命產(chǎn)生顯著的影響。
由于CCCV充電策略是最為常見的充電方式，因此在該試驗中也是將CCCV充電方式作為基線進行參考，表2為CCCV充電所采用的策略，主要考察了不同的充電電流（1A、3A和5A）和充電截止電壓的影響。表3為CCPC（恒流脈沖）充電的策略，以3A作為充電電流。表4為PC（脈沖）充電的策略，其中高電流為5A，低電流為1A，高低電流的持續(xù)時間相同，主要測試了不同的頻率對電池的影響。表5為BC（加速充電）充電策略，主要測試了不同SoC范圍內(nèi)進行加速充電對于電池性能的影響。
1. 恒流恒壓充電（CCCV）
1.1充電電流的影響
CCCV充電策略中采用不同充電電流時電池充電所需要的時間，從圖中能夠看到電池A和C大部分容量都是在恒流充電的過程中完成的，而恒壓充電容量僅占非常小的一部分，而對于電池B恒壓充電的時間占比較大。
對于電池充電時間影響最大的還是充電電流，例如我們將充電電流從1A增加到3A，則充電時間能夠縮短50%，繼續(xù)將充電電流提高到5A只有電池A和C的充電時時間縮短了1/3，而電池B由于恒壓充電時間較長，所以將充電電流提高到5A后充電時間相比于3A并沒有顯著的縮短。
采用CCCV充電策略時不同的充電電流對于電池循環(huán)壽命的影響，從圖中能夠看到對于電池A，大充電電流會造成電池壽命的顯著下降，例如1A充電時電池的壽命可達(dá)1000次，3A充電時電池的壽命就會下降到800次，而充電電流達(dá)到5A時電池的壽命則僅為600次左右。但是對于電池B不同的充電電流對于電池的循環(huán)壽命并沒有顯著的影響。對于電池C在1A充電時電池循環(huán)1200次后容量保持率仍然可以達(dá)到97%，3A充電時電池循環(huán)1200次后容量保持率為95%，但是在5A充電時電池壽命會發(fā)生快速衰降，壽命不足700次。
1.2充電截止電壓的影響
充電截止電壓會影響正負(fù)極的電極電勢，因此對于鋰離子電池的循環(huán)壽命會產(chǎn)生顯著的影響。下圖為A、B和C三種電池容量隨充電截止電壓的變化，可以看到電池A和B的充電截止電壓對于電池的容量有顯著的影響，充電截止電壓每降低100mV，電池的容量會衰降10-20%，而電池C由于采用了LFP正極，因此在3.4V以上電池的容量幾乎與電池的充電截止電壓無關(guān)。
下面為不同截止電壓下電池的循環(huán)性能，整體上來看隨著充電截止電壓升高電池的循環(huán)性能是在不斷降低的，對于電池A而言，充電截止電壓的影響就比較小，如果將將充電截止電壓從4.2V降低到4.1V，壽命僅增加100次左右，要顯著增加A電池的壽命需要降低到4.0V，但是這會使得電池的容量降低30%，而提高電池的充電電壓到4.25V則僅僅會使得電池的循環(huán)壽命輕微的降低。
電池B則對于充電電壓敏感的多，將充電電壓從4.1V降低到4.0V后，電池在循環(huán)800次后容量保持率提高5%，但是進一步降低充電截止電壓到3.9V則對于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響，但是如果將充電截止電壓提高到4.15V則會顯著的加速電池B的衰降速度。
電池C對于充電截止電壓最為敏感，如果將充電截止電壓從3.6V提高到3.65V則會導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命出現(xiàn)顯著的降低，但是降低充電截止電壓對于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響。
2.脈沖充電（CCPC/PC）
2.1恒流脈沖（CCPC）
恒流脈沖充電制度與恒流恒壓充電制度接近，只是將恒壓充電階段替換為脈沖充電，在充電時間上CCPC相比于常見的恒流恒壓充電實際上會更長一點，因此在充電時間上CCPC并沒有優(yōu)勢。
2.2脈沖充電（PC）
與前面的CCPC充電策略不同，PC充電策略在整個充電過程中都采用了脈沖的方式進行，由于在脈沖充電的過程中極化比較大，因此脈沖充電會使得電池的充電容量有所降低，例如電池A在脈沖充電策略下，電池僅能夠沖入80%的容量，電池C能夠沖入95%的容量。在充電時間上PC充電策略與同樣電流的CCCV充電制度幾本相同，從上圖的循環(huán)數(shù)據(jù)能夠看到PC充電策略的電池的循環(huán)壽命與同樣電流的CCCV充電策略幾本相同。
3.加速充電（BC）
加速充電策略是在較低的SoC范圍內(nèi)使用較大的充電電流（5A）進行充電，達(dá)到截止電壓后轉(zhuǎn)而采用小電流（1A）CCCV充電方式進行充電，因此充電時間相對縮短，經(jīng)過測試電池A采用BC充電策略充電時間為57min，電池C為48min，介于1A和3A電流的CCCV充電時間之間。
下圖為電池A和C采用BC充電策略的循環(huán)性能，從圖中能夠看到對于電池A，如果從0%開始采用加速充電（5A）則會導(dǎo)致電池的衰降速度顯著增加，與5A電流的CCCV充電策略接近。而如果從10%SoC和20%開始加速充電，則循環(huán)壽命會大大改善，與3A電流的CCCV充電策略接近。而對于電池C，如果開始加速充電的SoC為0%和10%則會導(dǎo)致電池的衰降速度明顯加速，而如果在20%SoC開始加速充電，則對于電池的循環(huán)壽命的影響較小。這也表明在較低的SoC下進行加速充電會導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命受到顯著的影響。
Peter Keil的工作表明，對于電池循環(huán)壽命影響最大的為充電電流，對于電池A和C在5A大電流下進行充電時會導(dǎo)致鋰離子電池的循環(huán)壽命嚴(yán)重縮短，但是電池B的循環(huán)壽命似乎受充電電流的影響不大。其次是電池的充電截止電壓，高的充電截止會嚴(yán)重的縮短鋰離子電池的使用壽命，特別是對于電池B和C將充電截止電壓提高50mV就會嚴(yán)重的影響電池的循環(huán)壽命。
從充電策略來看，脈沖充電策略對于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響（相比于CCCV），但是脈沖充電也沒有減少充電時間，特別是CCPC充電策略還會導(dǎo)致電池的充電時間有所延長。
加速充電（BC）策略能夠減少一定的充電時間，但是加速充電策略需要謹(jǐn)慎的選擇加速充電的SoC范圍，在過低的SoC的范圍內(nèi)盡量不要使用加速充電，以免影響電池的循環(huán)壽命。
