電動車用鋰離子電池常用充電方法研究
2014-11-27 20:47:47徐華中杜虎
新媒體研究 2014年19期
徐華中++杜虎
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究，從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹，并對它們的優缺點進行比較，為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池；常規充電方法；快速充電方法；優缺點
中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點，是目前電動汽車所用電池的首選，使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高，要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池，該電池終止充電電壓為4.2 V，允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期，美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究，得出電池可接受的充電電流[6]：
（1）
式（1）中：充電過程某一時刻的充電可接受電流；
充電開始（t=0）時鋰離子電池可接受的最大充電電流；
充電時可接受的電流衰減常數，與電池狀態及結構有關。
由上式可知，在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線，只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流，該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出，利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象，提高充電效率，這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法（即常規充電方法）和快速充電方法，下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15（C為單體電池的容量）的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電，此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電，充電電流不斷減小，當電流降低到C/10或C/15時，終止充電[4]，如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論，下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時，進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電，依此可以減輕極化現象，如圖2所示。隨著電池逐漸充滿，停充時間越來越長，充電時間越來越短，占空比也越來越小，當占空比小于5%到10%時，停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的，區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電，如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流，電壓逐漸上升，當電壓達到截止電壓時停止充電；保持一會停充后，減小電流繼續充電，當電壓再次達到截止電壓時停止充電，如此往復3～4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流；最后用給定的截止電流充電至截止電壓，充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較，具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快，硬件結構簡單 不易控制，產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱，充電速度快，充電量足，電池壽命好 極板活性物質易脫落，能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣，能量效率高，充電速度較快 控制硬件復雜，造價高，常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理，我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上，結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法，并對這些方法的優缺點進行比較，為充電的實際應用提供參考價值，為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮，陳琛，王菁，等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報，2008（4）.
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技，2011（11）.
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海：上海交通大學，2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京：北京交通大學，2007（12）.
[6]王堅，秦大為，季寶華，等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業，2002（06）.endprint
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究，從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹，并對它們的優缺點進行比較，為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池；常規充電方法；快速充電方法；優缺點
中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點，是目前電動汽車所用電池的首選，使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高，要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池，該電池終止充電電壓為4.2 V，允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期，美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究，得出電池可接受的充電電流[6]：
（1）
式（1）中：充電過程某一時刻的充電可接受電流；
充電開始（t=0）時鋰離子電池可接受的最大充電電流；
充電時可接受的電流衰減常數，與電池狀態及結構有關。
由上式可知，在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線，只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流，該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出，利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象，提高充電效率，這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法（即常規充電方法）和快速充電方法，下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15（C為單體電池的容量）的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電，此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電，充電電流不斷減小，當電流降低到C/10或C/15時，終止充電[4]，如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論，下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時，進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電，依此可以減輕極化現象，如圖2所示。隨著電池逐漸充滿，停充時間越來越長，充電時間越來越短，占空比也越來越小，當占空比小于5%到10%時，停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的，區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電，如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流，電壓逐漸上升，當電壓達到截止電壓時停止充電；保持一會停充后，減小電流繼續充電，當電壓再次達到截止電壓時停止充電，如此往復3～4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流；最后用給定的截止電流充電至截止電壓，充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較，具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快，硬件結構簡單 不易控制，產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱，充電速度快，充電量足，電池壽命好 極板活性物質易脫落，能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣，能量效率高，充電速度較快 控制硬件復雜，造價高，常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理，我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上，結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法，并對這些方法的優缺點進行比較，為充電的實際應用提供參考價值，為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮，陳琛，王菁，等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報，2008（4）.
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技，2011（11）.
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海：上海交通大學，2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京：北京交通大學，2007（12）.
[6]王堅，秦大為，季寶華，等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業，2002（06）.endprint
摘 要 介紹了馬斯對鋰離子電池充電特性的理論研究。根據該研究，從充電過程角度對常規充電方法和快速充電方法進行詳細介紹，并對它們的優缺點進行比較，為鋰電池充電的實際應用提供參考價值。
關鍵詞 鋰電池；常規充電方法；快速充電方法；優缺點
中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0042-02
鋰離子電池具有容量大、能量高、體積小等優點，是目前電動汽車所用電池的首選，使用最為廣泛[1]。鋰電池對電壓的精度要求極高，要求誤差小于1%。當前使用較為常見的是額定電壓為3.7 V的鋰電池，該電池終止充電電壓為4.2 V，允許誤差范圍為0.042 V[2]。
1 鋰電池充電的理論研究
20世紀60年代中期，美國科學家馬斯針對電池充電性能進行了大量試驗研究，得出電池可接受的充電電流[6]：
（1）
式（1）中：充電過程某一時刻的充電可接受電流；
充電開始（t=0）時鋰離子電池可接受的最大充電電流；
充電時可接受的電流衰減常數，與電池狀態及結構有關。
由上式可知，在充電過程中我們可以得到一條呈指數規律下降充電曲線，只有小于該接受曲線的電流才是電池允許的充電電流，該曲線也稱為最佳充電曲線[5]。馬斯還指出，利用瞬間停充或大電流放電可以消除極化現象，提高充電效率，這也是快速充電的理論基礎[4]。
2 單體鋰電池充電方法研究
鋰電池有恒流-恒壓充電法（即常規充電方法）和快速充電方法，下面進行詳細介紹。
2.1 恒流-恒壓充電方法
該充電過程為首先以C/15（C為單體電池的容量）的涓流充電。當電壓達到到恒流門限2.5 V時進入恒流充電，此時以1C的恒定速度對電池進行快速充電。當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時進入恒壓充電，充電電流不斷減小，當電流降低到C/10或C/15時，終止充電[4]，如圖1所示。
圖1 恒流—恒壓充電法
2.2 快速充電方法
常規充電盡管可以實現充電效果但沒有解決充電時的極化現象。依據馬斯的理論，下面介紹兩種可以減輕極化現象的方法。
2.2.1 脈沖充電法
此方法與恒流-恒壓法的區別是當電池電壓達到恒壓門限4.2 V時，進行脈沖充電。此時充電電源間歇性的對電池以恒定電流充電，依此可以減輕極化現象，如圖2所示。隨著電池逐漸充滿，停充時間越來越長，充電時間越來越短，占空比也越來越小，當占空比小于5%到10%時，停止充電[3]。
圖2 脈沖充電法
2.2.2 變電流間歇充電法
該充電方法是建立在脈沖充電和分級定電流充電的基礎上的，區別是將恒流充電階段改為限電壓變電流間歇充電，如圖3所示。
圖3 變電流間歇充電法
充電過程為先采取較大電流作為初始充電電流，電壓逐漸上升，當電壓達到截止電壓時停止充電；保持一會停充后，減小電流繼續充電，當電壓再次達到截止電壓時停止充電，如此往復3～4次就可以將充電電流減小到一定的截止電流；最后用給定的截止電流充電至截止電壓，充電結束[3][5]。
3 各方法的優缺點比較
現將各方法的優缺點進行比較，具體見表1。
表1 充電方法的優缺點比較
充電方法 優 點 缺 點
恒流—恒壓充電法 充電速度快，硬件結構簡單 不易控制，產生析氣量
脈沖充電法 無大量析氣且不發熱，充電速度快，充電量足，電池壽命好 極板活性物質易脫落，能量轉換率低
變電流間歇充電法 無大量析氣，能量效率高，充電速度較快 控制硬件復雜，造價高，常用于大功率快充情況
4 結束語
根據馬斯提出的鋰電池充電原理，我們對鋰電池的充電特性有了一定的了解。在該原理的基礎上，結合實際應用又介紹了幾種常用的充電方法，并對這些方法的優缺點進行比較，為充電的實際應用提供參考價值，為充電方法的繼續研究提供
思路。
參考文獻
[1]胡清琮，陳琛，王菁，等.基于恒流/恒壓方式的鋰電池充電保護芯片設計[J].浙江大學學報，2008（4）.
[2]徐進.鋰電池充放電特性分析和測試[J].中國西部科技，2011（11）.
[3]羅卓.鋰離子二次電池充電方法的研究進展[J].廣東化工，2011，38（9）：76-77.
[4]吳斌.嵌入式移動系統中電池充電算法研究[D].上海：上海交通大學，2008.
[5]林佩君.串聯電池組新型均衡充電系統的研究[J].北京：北京交通大學，2007（12）.
[6]王堅，秦大為，季寶華，等.慢脈沖快速充電方法的研究[J].電池工業，2002（06）.endprint
