動力電池生產廠商解析如何實現鋰電池的快速充電，隨著電氣時代的到來，電子產品在人們生活中越來越不可或缺；隨著人們生活節奏地不斷加快，對時間效益的要求 越來越高。電池作為電子設備的能量供應源，其自身存在的 問題也日益得到人們的關注。目前電池種類中使用最為廣泛 的當數鋰離子電池，鋰離子電池工作電壓穩定、體積小、儲 能大、無記憶效應、自放電低且安全環保，符合現代科技發 展新理念，是電子設備的理想動力源。電動汽車（EV）作為 較大型的耗電設備，相比汽油車有許多優點，如沒有尾管空 氣污染物，少噪聲污染，簡單機械結構，高能量效率和減少廢熱等。電池的運行成本和使用壽命嚴重影響電動汽車的使 用和普及。同時電動自行車和電動摩托車的市場需求越來越多。因此，減少電池的充電時間，提高電池的能量效率, 是目前研究的重點。電動車電池充電時間通常很長，而常規汽油車可以在（5-10） min甚至更少時間內加油，所以，與 常規汽油車相比消費者覺得不方便。很明顯，鋰離子電池充 電電流越高，其充電速度越快，但同時電池的安全性能越差。 過充、過熱或短路充電都將可能引起鋰離子電池自燃、甚至 爆炸。恒流恒壓（CC-CV）充電方法，使鋰電池能夠在（2~4） h內完成充電。雖然這種方法可以避免過充電、并且能獲得幾 乎全部的電池容量，但會造成充電時間的增加，對于快速充 電是不合適的。針對電池充電的快速及安全問題，近年來國 內外許多學者耗費大量人力物力，從快速、高效和不損傷電 池的角度，對鋰電池展開了深入的研究。鋰電池的充電方式 有了決定性的進展算，從而出現了鋰電池快速充電方法"叫。 本文對目前電池常用的的充電方法進行了歸納總結，并在此 基礎上提出了一種快速充電方法。
動力電池生產廠商解析如何實現鋰電池的快速充電？
1傳統充電方法
1.1恒流（CC）充電法
恒流充電，指的是用大小恒定的電流對電池進行充電。充 電過程中，通過調節電源充電電壓值或充電電路中的電阻值， 來確保電池的充電電流恒定。此方法控制簡單，操作方便，可 任意選取充電電流，適應性強，尤其適合蓄電池容量恢復的小 電流長時間充電。但實際上電池所能接受的充電電流隨充電進 行呈現逐漸減小的趨勢，若初始時刻電流過小，則充電時間較 長，若充電電流較大，容易導致電池內部析氣，導致電池無法 充滿，降低充電效率，且引起電池內部極板上活性物質脫落， 電池溫度急劇上升，嚴重影響電池使用壽命。因此，此方法現 已很少單獨使用，常常作為階段充電的一個環節。
1.2恒壓（CV）充電法
恒壓充電，指的是用大小恒定的電壓對電池進行充電。 充電過程中保持充電電壓恒定，充電電流隨電池荷電容量的 變化進行自動調整。恒壓充電方式操作簡單，無需改變外圍 電源或電阻，只需設定一個電壓值，較易實現，但適當地選 取充電電壓值則相對困難，充電電壓過高將導致初始充電電 流過大而損傷電池，電壓過低則電池充電速度跟不上且可能 導致電池充電不足，長期如此會使其固有容量下降，使用壽 命縮短。與恒流充電法一樣，恒壓充電方法也很少單獨使用。
1.3恒流恒壓（CC-CV ）充電方法
結合以上兩種充電方式，產生了恒流恒壓充電方式旳， 如圖1所示。整個充電過程分為3個部分：第一階段為預充 區，即在充電之前對電池電壓進行檢測，若低于其閾值電壓 2.5V（若高于2.5V,則直接進入恒流充電階段），則以小電流 （C/10 ）對電池進行預充電，避免突然的大電流對電池造成傷 害，電池電壓逐漸上升至閾值電壓后，進入恒流充電區；恒 流充電電流較大，一般為0.5C到1C區間，充電速度較快， 電池容量短時間內將充至總容量的80%以上；當電池電壓達 到其上限電壓（4.2V）,結束恒流充電，轉入恒壓充電區，電 池電壓恒定在4.2V,當充電電流緩慢減小到0.1C以下時，即 停止充電。恒流恒壓充電方法同時克服了恒流充電和恒壓充 電的缺陷，是目前比較主流的充電方式，但其充電速度并不快。
2快速充電方法
2.1分段恒流充電方法
分段恒流充電方法即以階段性的恒定電流對電池進行充 電。充電初期，施加較大電流對電池充電，短時充入較大容量， 當電池端電壓升至預定值％時，減小充電電流轉入下一恒流 階段，直到充電電流減小為0,完成充電。分段恒流充電方法， 更符合電池實際充電過程中充電電流變化情況。
2.2脈沖充電方法
科學家馬斯在大量實驗數據及現象的基礎上，提出了充 電狀態下的鋰電池能夠承受的最大充電電流曲線，如圖3所示。 隨著充電的進行，最大可接受充電電流逐漸減小，當充電電 流在最大可接受充電曲線上側時，電池析氣量增加，正極析 出氧氣，負極析出氫氣，極化反應加重；當充電電流在最大 可接受電流曲線下側時，避免了對電池造成損害，但是充電 速度過慢，不能滿足快速充電要求。
電池可接受充電電流隨充電進行而逐漸減小，針對這一 現象，學者們提出了脈沖占空比逐漸減小的脈沖充電法[7'9], 如圖4所示。充電初期電池以恒流方式充電，當其端電壓逐 漸上升到預定值％時斷開充電，經Af時間后變為脈沖充電 方式，電流幅值為婦當電池端電壓上升至0時，再次斷電 A"再以同樣幅值的脈沖電流對電池進行循環充電，電池電 壓下降速度減慢。在停充時間Al固定不變的情況下，脈沖電 流寬度減小，充電電流占空比減小，當占空比低于10%時， 充電完成。
2.3負脈沖充電方式
隨著充電的發生，電池內部極化效應逐漸嚴重，將大大 降低充電效率。而適時暫停充電，使充電電流突變為零，可 瞬間消除歐姆極化效應，并且由于電解液的擴散作用，也可 適當降低濃差極化和電化學極化，這種方式稱為自然去極化 四。比自然去極化更有效的方式是強制去極化，即在正向充電 過程中，增加一個逆向充電電流，適當地對電池進行瞬時深 度放電，使電池內部產生化學逆變化，從而抑制極化。這種 方法即為負脈沖充電方式皿，如圖5所示。
2.4間歇充電方式
間歇充電方法將恒流充電、恒壓充電和脈沖充電的特點 結合起來，在充電過程中加入短時停充，可以極大緩解電池 極化效應。間歇充電法按形式劃分為變電流間歇充電法和變 電壓間歇充電法，分別如圖6 (a)、圖6 (b)所示。
變電流間歇充電方法，先以較大初始電流對電池進行充 電，短時間內為電池充入大部分電量，當電池端電壓值達到 預設電壓時，短暫斷開充電，再逐級減小充電電流對電池進 行循環充電，直到充電完成。
變電壓間歇充電方法，以初始高電壓對電池進行充電， 并依次減小充電電壓，充電電流隨之自動減小。變電壓間歇 充電法操作簡單，只需控制充電電壓即可。
由于充電電流的限制以及極化效應的影響，恒流充電、 恒壓充電以及恒流恒壓充電方法在大電流充電的情況下，極 化效應嚴重，充電速度變慢，充電容量不足，在實際生活中 很少使用。而變電流間歇充電方法，則利用短暫的放電間隙 大大減弱了極化作用，縮短了充電時間。本文在以上分析的 基礎上，采用分段恒流結合大電流脈沖充電的方式，對鋰電 池組快速充電方法進行研究，并在Matlab/Simulink中對分段 恒流結合脈沖充電方式進行仿真。
3結束語
本文綜合分析比較了幾種充電方法的優缺點，在大量實 驗的基礎上提出了分段恒流結合脈沖充電方法，此方法能夠 在安全無害的情況下，削弱極化效應，縮短充電時間，達到 快速充電的目的。
|
充電方式 |
充電時間(h) |
電池端電壓(V) |
結束SOC |
|
恒流恒壓充電 |
2.4 |
4.158 |
0.994 |
|
分段恒流充電 |
1.85 |
4.155 |
0.995 |
|
脈沖充電 |
1.71 |
4.168 |
0.997 |
|
分段恒流結合脈沖充電 |
1.33 |
4.21 |
0.998 |
分析表1可知，分段恒流結合脈沖充電方法極大地減弱 了極化效應，雖然能夠快速進行充電，但充電完成時電池端 電壓卻沒有受到影響，電池荷電容量也有所增加。分段恒流 結合脈沖充電方法，作到了在不損傷電池的前提下有效縮短 充電時間，大大提高充電效率。
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