鋰電池的充電整個(gè)過(guò)程是怎樣的？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-11 12:36
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鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡(jiǎn)化充電器的操作，其中包括給過(guò)放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測(cè)、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等。
鋰離子電池的充電過(guò)程可以分為四個(gè)階段：涓流充電（低壓預(yù)充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。
鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡(jiǎn)化充電器的操作，其中包括給過(guò)放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測(cè)、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等。
鋰電池的充電方式是限壓恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充電方式是：先檢測(cè)待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時(shí)，改為恒壓充電，保持充電電壓為 4.20V。此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。下圖為充電曲線
階段1：涓流充電——涓流充電用來(lái)先對(duì)完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)，
階段2：恒流充電——當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過(guò)程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0-4.2V.
階段3：恒壓充電—— 當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開(kāi)始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過(guò)程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。（C是以電池標(biāo)稱容量對(duì)照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。）
階段4：充電終止——有兩種典型的充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時(shí)器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時(shí)終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開(kāi)始時(shí)計(jì)時(shí)，持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過(guò)程。
上述四階段的充電法完成對(duì)完全放電電池的充電約需要2.5至3小時(shí)。高級(jí)充電器還采用了更多安全措施。例如如果電池溫度超出指定窗口(通常為0℃至45℃)，那么充電會(huì)暫停.
充電結(jié)束后,如檢測(cè)到電池電壓低于3.89V將重新充電。
手機(jī)充電器的工作流程一般為：
1. 檢測(cè)電池的電壓，如果低于一個(gè)閾值電壓，就要進(jìn)行涓流充電；
2. 電池充到一定電壓（一般設(shè)置為2.9V）時(shí)，進(jìn)行全電流充電；
3. 當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時(shí)，開(kāi)始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低；
4. 當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)，充電過(guò)程結(jié)束。
電池電壓低于2.5V（Vshort）時(shí),鋰離子電池充電器用25mA的電流預(yù)充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)被損壞甚至發(fā)生危險(xiǎn)。
對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，電池電壓低于2.5V（Vshort）時(shí),鋰離子電池充電器用25mA的電流預(yù)充,防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)被損壞甚至發(fā)生危險(xiǎn)。
充電終止檢測(cè)除電壓檢測(cè)外，還需采用其他的輔助方法作為防止過(guò)充的后備措施，如電池溫度監(jiān)測(cè)，檢測(cè)電池溫度用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時(shí)關(guān)閉對(duì)電池充電。
限定充電時(shí)間，為電池提供附加保護(hù)。
除了上面的流程描述，它還具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電等特性。一般來(lái)說(shuō)，恒壓充電結(jié)束時(shí)的小電流充電過(guò)程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一。目前在鋰離子電池充電器的設(shè)計(jì)中，對(duì)手機(jī)充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路，一旦檢測(cè)到電池電壓降低，就會(huì)重新啟動(dòng)充電過(guò)程（見(jiàn)上圖）。
軟件要做的工作是設(shè)置進(jìn)入快速充電的電壓閾值，進(jìn)入恒壓充電的電壓閾值，充電超時(shí)時(shí)間，恒流充電的電流值，恒壓充電的電壓值，充電結(jié)束的電流閾值，中斷處理，提供sys接口給上層都充電的狀態(tài)，包括電池的類(lèi)型，電池最高電壓，電池最低電壓，電池當(dāng)前電壓，電池電量的百分比，電池的狀態(tài)，充電電流和電池溫度等等。
鋰電池的充電方法有很多種，按充電效率可分為常規(guī)充電和快速充電。其中常規(guī)充電方法包括：恒流充電、恒壓充電、階段充電和間歇充電，而快速充電包括脈沖充電和Reflex充電，最后還對(duì)智能充電進(jìn)行了分析。
1. 恒流充電
按充電電流的大小恒流充電又可分為快速充電、標(biāo)準(zhǔn)充電和涓流充電。在整個(gè)充電過(guò)程中，一般采用調(diào)整電源充電電壓或改變與電池串聯(lián)的電阻值，來(lái)維持電池的充電電流大小不變。這種方法優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，適用于對(duì)多個(gè)電池串聯(lián)的電池組進(jìn)行充電。缺點(diǎn)是鋰電池的可接受充電的能力會(huì)隨著充電的進(jìn)行逐漸降低，在充電后期過(guò)大的充電電流會(huì)使電池內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，對(duì)電池造成損壞。因此恒流充電，常常是作為階段充電中的一個(gè)環(huán)節(jié)。
2. 恒壓充電
恒壓充電就是在整個(gè)充電過(guò)程中，充電電壓保持恒定，充電電流的大小隨著電池狀態(tài)的變化自動(dòng)調(diào)整。隨著充電的進(jìn)行，充電電流逐漸減小。與恒流充電相比，其充電過(guò)程更加接近最佳充電曲線，控制簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)是充電時(shí)間較長(zhǎng)，并且在充電初期電池充電電流過(guò)大，直接影響鋰電池的壽命和使用質(zhì)量。所以恒壓充電方法很少單獨(dú)使用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。
3. 恒流恒壓充電
如圖2為恒流恒壓充電曲線。在開(kāi)始充電之前，首先檢測(cè)電池電壓，若電池電壓低于門(mén)限電壓（2.5V左右），則以C/10的小電流對(duì)電池進(jìn)行涓充充電，使電池電壓緩慢上升；當(dāng)電池電壓達(dá)到門(mén)限電壓時(shí)，進(jìn)入恒流充電，在此階段以較大的電流(0.5C～1 C)強(qiáng)度對(duì)電池進(jìn)行快速充電，電池電壓上升較快，電池容量將達(dá)到其額定值的85%左右；在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，這一階段主要是保證電池充滿，當(dāng)充電電流降到0.1C 或 0.05C 時(shí)，即判定電池充滿。
