鋰電池常見快速充電方法有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-19 13:36
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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。
在脈沖充電過程中，電池電壓下降速度會漸漸減慢，停充時間T0會變長，當(dāng)恒流充電占空比低至5%～10%時，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。但其缺點很明顯：需要一個有限流功能的電源，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，在電池電壓達到截止電壓V0時停止充電，此時電池電壓急劇下降。保持一段停充時間后，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，縮短了充電時間。但是這種充電模式電路比較復(fù)雜、造價高，一般只有在大功率快充時才考慮采用。
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行逐漸下降的特點。
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。該方法的每個工作周期包括正向充電、反向瞬間放電和停充3 個階段。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。
在每個充電周期中，先采用2 C 的電流充電時間為10 s 的Tc，然后停充時間為0.5 s的Tr1，反向放電時間為1 s 的Td，停充時間為0.5 s 的Tr2，每個充電循環(huán)時間為12 s。隨著充電的進行，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)和模糊控制等先進算法技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動優(yōu)化。
充電方式對充電速率影響的實驗數(shù)據(jù)
文獻比較了恒流充電方法和一種反向脈沖充電。恒流充電就是整個充電過程中以恒定不變的電流對電池進行充電充。恒流充電初期，可以有大電流充電，但隨著時間的推移，極化電阻逐漸顯現(xiàn)并增加，造成更多的能量轉(zhuǎn)化成熱量，消耗掉并使得電池溫度逐漸上升。
恒流充電與脈沖充電的比較
脈沖充電方法，是以一段時間的充電之后，出現(xiàn)短暫的反向充電電流。其基本形式如下圖所示。充電過程中夾雜短暫的放電脈沖，起到去極化的作用，降低極化電阻在充電過程中造成的影響。
有研究專門對比了脈沖充電與恒流充電的效果差異性。取平均電流為１Ｃ，２Ｃ，３ Ｃ 和４Ｃ（Ｃ 為電池額定容量數(shù)值） ， 分別做了４ 組對比實驗，通過電池充完后放出的電量來衡量實際充入的電量下。圖為充電電流為２Ｃ 時脈沖充電的電流及電池端電壓波形。表１ 為恒流脈沖充電實驗數(shù)據(jù)。脈沖周期為１ｓ，正脈沖時間為0.９ｓ， 負(fù)脈沖時間為０.１ｓ。
Ichav 為充電平均電流，Qin為充入電量；Qo為放出電量，η為效率。
從上表中的實驗結(jié)果可以看到，恒流充電與脈沖充電效率近似，脈沖略低于恒流，但充入電池的總電量，脈沖方式明顯多于恒流方式。
