电动车用锂离子电池常用充电方法研究
2014-11-27徐华中杜虎
徐华中++杜虎
摘 要 介绍了马斯对锂离子电池充电特性的理论研究。根据该研究，从充电过程角度对常规充电方法和快速充电方法进行详细介绍，并对它们的优缺点进行比较，为锂电池充电的实际应用提供参考价值。
关键词 锂电池；常规充电方法；快速充电方法；优缺点
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0042-02
锂离子电池具有容量大、能量高、体积小等优点，是目前电动汽车所用电池的首选，使用最为广泛[1]。锂电池对电压的精度要求极高，要求误差小于1%。当前使用较为常见的是额定电压为3.7 V的锂电池，该电池终止充电电压为4.2 V，允许误差范围为0.042 V[2]。
1 锂电池充电的理论研究
20世纪60年代中期，美国科学家马斯针对电池充电性能进行了大量试验研究，得出电池可接受的充电电流[6]：
（1）
式（1）中：充电过程某一时刻的充电可接受电流；
充电开始（t=0）时锂离子电池可接受的最大充电电流；
充电时可接受的电流衰减常数，与电池状态及结构有关。
由上式可知，在充电过程中我们可以得到一条呈指数规律下降充电曲线，只有小于该接受曲线的电流才是电池允许的充电电流，该曲线也称为最佳充电曲线[5]。马斯还指出，利用瞬间停充或大电流放电可以消除极化现象，提高充电效率，这也是快速充电的理论基础[4]。
2 单体锂电池充电方法研究
锂电池有恒流-恒压充电法（即常规充电方法）和快速充电方法，下面进行详细介绍。
2.1 恒流-恒压充电方法
该充电过程为首先以C/15（C为单体电池的容量）的涓流充电。当电压达到到恒流门限2.5 V时进入恒流充电，此时以1C的恒定速度对电池进行快速充电。当电池电压达到恒压门限4.2 V时进入恒压充电，充电电流不断减小，当电流降低到C/10或C/15时，终止充电[4]，如图1所示。
图1 恒流—恒压充电法
2.2 快速充电方法
常规充电尽管可以实现充电效果但没有解决充电时的极化现象。依据马斯的理论，下面介绍两种可以减轻极化现象的方法。
2.2.1 脉冲充电法
此方法与恒流-恒压法的区别是当电池电压达到恒压门限4.2 V时，进行脉冲充电。此时充电电源间歇性的对电池以恒定电流充电，依此可以减轻极化现象，如图2所示。随着电池逐渐充满，停充时间越来越长，充电时间越来越短，占空比也越来越小，当占空比小于5%到10%时，停止充电[3]。
图2 脉冲充电法
2.2.2 变电流间歇充电法
该充电方法是建立在脉冲充电和分级定电流充电的基础上的，区别是将恒流充电阶段改为限电压变电流间歇充电，如图3所示。
图3 变电流间歇充电法
充电过程为先采取较大电流作为初始充电电流，电压逐渐上升，当电压达到截止电压时停止充电；保持一会停充后，减小电流继续充电，当电压再次达到截止电压时停止充电，如此往复3～4次就可以将充电电流减小到一定的截止电流；最后用给定的截止电流充电至截止电压，充电结束[3][5]。
3 各方法的优缺点比较
现将各方法的优缺点进行比较，具体见表1。
表1 充电方法的优缺点比较
充电方法 优 点 缺 点
恒流—恒压充电法 充电速度快，硬件结构简单 不易控制，产生析气量
脉冲充电法 无大量析气且不发热，充电速度快，充电量足，电池寿命好 极板活性物质易脱落，能量转换率低
变电流间歇充电法 无大量析气，能量效率高，充电速度较快 控制硬件复杂，造价高，常用于大功率快充情况
4 结束语
根据马斯提出的锂电池充电原理，我们对锂电池的充电特性有了一定的了解。在该原理的基础上，结合实际应用又介绍了几种常用的充电方法，并对这些方法的优缺点进行比较，为充电的实际应用提供参考价值，为充电方法的继续研究提供
思路。
参考文献
[1]胡清琮，陈琛，王菁，等.基于恒流/恒压方式的锂电池充电保护芯片设计[J].浙江大学学报，2008（4）.
[2]徐进.锂电池充放电特性分析和测试[J].中国西部科技，2011（11）.
[3]罗卓.锂离子二次电池充电方法的研究进展[J].广东化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吴斌.嵌入式移动系统中电池充电算法研究[D].上海：上海交通大学，2008.
[5]林佩君.串联电池组新型均衡充电系统的研究[J].北京：北京交通大学，2007（12）.
[6]王坚，秦大为，季宝华，等.慢脉冲快速充电方法的研究[J].电池工业，2002（06）.endprint
摘 要 介绍了马斯对锂离子电池充电特性的理论研究。根据该研究，从充电过程角度对常规充电方法和快速充电方法进行详细介绍，并对它们的优缺点进行比较，为锂电池充电的实际应用提供参考价值。
关键词 锂电池；常规充电方法；快速充电方法；优缺点
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0042-02
锂离子电池具有容量大、能量高、体积小等优点，是目前电动汽车所用电池的首选，使用最为广泛[1]。锂电池对电压的精度要求极高，要求误差小于1%。当前使用较为常见的是额定电压为3.7 V的锂电池，该电池终止充电电压为4.2 V，允许误差范围为0.042 V[2]。
1 锂电池充电的理论研究
20世纪60年代中期，美国科学家马斯针对电池充电性能进行了大量试验研究，得出电池可接受的充电电流[6]：
（1）
式（1）中：充电过程某一时刻的充电可接受电流；
充电开始（t=0）时锂离子电池可接受的最大充电电流；
充电时可接受的电流衰减常数，与电池状态及结构有关。
由上式可知，在充电过程中我们可以得到一条呈指数规律下降充电曲线，只有小于该接受曲线的电流才是电池允许的充电电流，该曲线也称为最佳充电曲线[5]。马斯还指出，利用瞬间停充或大电流放电可以消除极化现象，提高充电效率，这也是快速充电的理论基础[4]。
2 单体锂电池充电方法研究
锂电池有恒流-恒压充电法（即常规充电方法）和快速充电方法，下面进行详细介绍。
2.1 恒流-恒压充电方法
该充电过程为首先以C/15（C为单体电池的容量）的涓流充电。当电压达到到恒流门限2.5 V时进入恒流充电，此时以1C的恒定速度对电池进行快速充电。当电池电压达到恒压门限4.2 V时进入恒压充电，充电电流不断减小，当电流降低到C/10或C/15时，终止充电[4]，如图1所示。
图1 恒流—恒压充电法
2.2 快速充电方法
常规充电尽管可以实现充电效果但没有解决充电时的极化现象。依据马斯的理论，下面介绍两种可以减轻极化现象的方法。
2.2.1 脉冲充电法
此方法与恒流-恒压法的区别是当电池电压达到恒压门限4.2 V时，进行脉冲充电。此时充电电源间歇性的对电池以恒定电流充电，依此可以减轻极化现象，如图2所示。随着电池逐渐充满，停充时间越来越长，充电时间越来越短，占空比也越来越小，当占空比小于5%到10%时，停止充电[3]。
图2 脉冲充电法
2.2.2 变电流间歇充电法
该充电方法是建立在脉冲充电和分级定电流充电的基础上的，区别是将恒流充电阶段改为限电压变电流间歇充电，如图3所示。
图3 变电流间歇充电法
充电过程为先采取较大电流作为初始充电电流，电压逐渐上升，当电压达到截止电压时停止充电；保持一会停充后，减小电流继续充电，当电压再次达到截止电压时停止充电，如此往复3～4次就可以将充电电流减小到一定的截止电流；最后用给定的截止电流充电至截止电压，充电结束[3][5]。
3 各方法的优缺点比较
现将各方法的优缺点进行比较，具体见表1。
表1 充电方法的优缺点比较
充电方法 优 点 缺 点
恒流—恒压充电法 充电速度快，硬件结构简单 不易控制，产生析气量
脉冲充电法 无大量析气且不发热，充电速度快，充电量足，电池寿命好 极板活性物质易脱落，能量转换率低
变电流间歇充电法 无大量析气，能量效率高，充电速度较快 控制硬件复杂，造价高，常用于大功率快充情况
4 结束语
根据马斯提出的锂电池充电原理，我们对锂电池的充电特性有了一定的了解。在该原理的基础上，结合实际应用又介绍了几种常用的充电方法，并对这些方法的优缺点进行比较，为充电的实际应用提供参考价值，为充电方法的继续研究提供
思路。
参考文献
[1]胡清琮，陈琛，王菁，等.基于恒流/恒压方式的锂电池充电保护芯片设计[J].浙江大学学报，2008（4）.
[2]徐进.锂电池充放电特性分析和测试[J].中国西部科技，2011（11）.
[3]罗卓.锂离子二次电池充电方法的研究进展[J].广东化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吴斌.嵌入式移动系统中电池充电算法研究[D].上海：上海交通大学，2008.
[5]林佩君.串联电池组新型均衡充电系统的研究[J].北京：北京交通大学，2007（12）.
[6]王坚，秦大为，季宝华，等.慢脉冲快速充电方法的研究[J].电池工业，2002（06）.endprint
摘 要 介绍了马斯对锂离子电池充电特性的理论研究。根据该研究，从充电过程角度对常规充电方法和快速充电方法进行详细介绍，并对它们的优缺点进行比较，为锂电池充电的实际应用提供参考价值。
关键词 锂电池；常规充电方法；快速充电方法；优缺点
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0042-02
锂离子电池具有容量大、能量高、体积小等优点，是目前电动汽车所用电池的首选，使用最为广泛[1]。锂电池对电压的精度要求极高，要求误差小于1%。当前使用较为常见的是额定电压为3.7 V的锂电池，该电池终止充电电压为4.2 V，允许误差范围为0.042 V[2]。
1 锂电池充电的理论研究
20世纪60年代中期，美国科学家马斯针对电池充电性能进行了大量试验研究，得出电池可接受的充电电流[6]：
（1）
式（1）中：充电过程某一时刻的充电可接受电流；
充电开始（t=0）时锂离子电池可接受的最大充电电流；
充电时可接受的电流衰减常数，与电池状态及结构有关。
由上式可知，在充电过程中我们可以得到一条呈指数规律下降充电曲线，只有小于该接受曲线的电流才是电池允许的充电电流，该曲线也称为最佳充电曲线[5]。马斯还指出，利用瞬间停充或大电流放电可以消除极化现象，提高充电效率，这也是快速充电的理论基础[4]。
2 单体锂电池充电方法研究
锂电池有恒流-恒压充电法（即常规充电方法）和快速充电方法，下面进行详细介绍。
2.1 恒流-恒压充电方法
该充电过程为首先以C/15（C为单体电池的容量）的涓流充电。当电压达到到恒流门限2.5 V时进入恒流充电，此时以1C的恒定速度对电池进行快速充电。当电池电压达到恒压门限4.2 V时进入恒压充电，充电电流不断减小，当电流降低到C/10或C/15时，终止充电[4]，如图1所示。
图1 恒流—恒压充电法
2.2 快速充电方法
常规充电尽管可以实现充电效果但没有解决充电时的极化现象。依据马斯的理论，下面介绍两种可以减轻极化现象的方法。
2.2.1 脉冲充电法
此方法与恒流-恒压法的区别是当电池电压达到恒压门限4.2 V时，进行脉冲充电。此时充电电源间歇性的对电池以恒定电流充电，依此可以减轻极化现象，如图2所示。随着电池逐渐充满，停充时间越来越长，充电时间越来越短，占空比也越来越小，当占空比小于5%到10%时，停止充电[3]。
图2 脉冲充电法
2.2.2 变电流间歇充电法
该充电方法是建立在脉冲充电和分级定电流充电的基础上的，区别是将恒流充电阶段改为限电压变电流间歇充电，如图3所示。
图3 变电流间歇充电法
充电过程为先采取较大电流作为初始充电电流，电压逐渐上升，当电压达到截止电压时停止充电；保持一会停充后，减小电流继续充电，当电压再次达到截止电压时停止充电，如此往复3～4次就可以将充电电流减小到一定的截止电流；最后用给定的截止电流充电至截止电压，充电结束[3][5]。
3 各方法的优缺点比较
现将各方法的优缺点进行比较，具体见表1。
表1 充电方法的优缺点比较
充电方法 优 点 缺 点
恒流—恒压充电法 充电速度快，硬件结构简单 不易控制，产生析气量
脉冲充电法 无大量析气且不发热，充电速度快，充电量足，电池寿命好 极板活性物质易脱落，能量转换率低
变电流间歇充电法 无大量析气，能量效率高，充电速度较快 控制硬件复杂，造价高，常用于大功率快充情况
4 结束语
根据马斯提出的锂电池充电原理，我们对锂电池的充电特性有了一定的了解。在该原理的基础上，结合实际应用又介绍了几种常用的充电方法，并对这些方法的优缺点进行比较，为充电的实际应用提供参考价值，为充电方法的继续研究提供
思路。
参考文献
[1]胡清琮，陈琛，王菁，等.基于恒流/恒压方式的锂电池充电保护芯片设计[J].浙江大学学报，2008（4）.
[2]徐进.锂电池充放电特性分析和测试[J].中国西部科技，2011（11）.
[3]罗卓.锂离子二次电池充电方法的研究进展[J].广东化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吴斌.嵌入式移动系统中电池充电算法研究[D].上海：上海交通大学，2008.
[5]林佩君.串联电池组新型均衡充电系统的研究[J].北京：北京交通大学，2007（12）.
[6]王坚，秦大为，季宝华，等.慢脉冲快速充电方法的研究[J].电池工业，2002（06）.endprint
