鋰電池的充電特性及充電方法研究

張東虞

摘 要：文章通過對鋰電池特性及其充電特性和充電方法的介紹，讓使用者對鋰電池有個正確的使用和充電方法的選擇。

關鍵詞：鋰電池；充電特性；充電方法

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0166-02

1 鋰電池特性

常用鋰電池通常采用堿性有機介質，負極采用鋰離子和脫嵌碳材料代替純鋰作為負極，正極采用鋰化合物，電解質由混合電解液作制成。鋰電池充電電壓為3.6 V，使用壽命約為500次，重量較輕，但是不耐過充，如果長時間過充會造成溫度過高而破壞內部結構甚至爆炸的危險。鋰電池適用于先恒流后恒壓的充電方式。

但是由于鋰電池本身材質不具備過充、過放、過流、短路及超高溫充放電能力，所以對于手機充電器的保護電路有很高的要求。

2 鋰電池充電特性

2.1 鋰電池在充電過程中具有的特性

鋰電池在充電過程中具有以下特性。

2.1.1 多變量

在鋰離子電池充電過程中，其特性受到充電電流大小、電壓大小、環境溫度以及充放電次數等因素影響。

2.1.2 電化學性能復雜

對于相同型號的電池如果在充電過程中充電工況的不一致都將影響鋰離子電池的特性，如產生過充情況，對于鋰電池內部性能將產生損壞，對電池的電特性產生直接影響。

2.1.3 非線性

鋰電池在進行充電時，其伏安特性不是呈線性變化，而是呈指數變化趨勢。

2.2 鋰電池充電曲線分析

如果電池充電方式根據充電接受率進行控制，將大大提升充電的效率，電池充電的速度也會相應得到提高，在本課題的設計中，將遵循充電接受率曲線的變化，使整個控制過程通過電池系統獲得信息以達到充電要求。

通過對鋰電池充電曲線進行分析，可以得到如下結論：

①電池容量C≤10%時。

因為電池化成方式，充電過程中電流耐受率低，電池充電接受率低，所以在通常采用小電流輸出的方式進行充電。

②電池容量10%

此階段電池化成穩定，電池內阻小，因此可以采用大電流輸出的方式進行充電。

③電池容量C>90%時。

此階段電池內部極性物質沉淀，電池耐受率飛速下降，此時充電電流不應過大。

3 鋰電池常用充電方法研究

目前，充電技術日益完善，在充電方法的選擇中，除了傳統的恒壓充電、恒流充電、恒壓恒流充電方法以外，涌現了很多新的充電方法，諸如脈沖充電、分段充電等越來越多的得到廣泛應用。下面將對幾種常用充電方法進行概述。

3.1 恒流充電

在對電池進行充電的過程中，通過對輸出電壓的調節來保持電流的恒定，當充電系統判斷電池電壓達到一定閾值時，則電池充電結束。

此種方法在對充電電量計算方便比較準確，并且充電控制電路簡單容易實現，但在電池充電的后面階段，由于電池內部狀態的影響，該階段接受電流能力弱，導致后面階段采用此充電方法效率不高，可能產生電池充不滿情況。

3.2 恒壓充電

在對電池進行充電的過程中，通過對充電器輸出電壓保持一定的恒定值，隨著充電時間的延長，電池端電壓變大，電流變小，如果系統通過采樣電路檢測到充電電流趨于極小值時，系統認為充電結束，停止充電。

該種充電方法在電路上很容易實現，只需添加DC模塊便能實現，但在充電初期階段，如果電池電量處在很低的情況下，輸出電壓與輸入電壓之間電壓差過大，同時在充電初始階段電流也比較大，將會對電池內部造成破壞。

3.3 脈沖式充電

在對電池進行充電的過程中，充電器通過開關管進行控制，通過開關管的設置將整個充電過程劃分為多脈沖充電周期，每個充電周期都包括充電過程和間歇過程。

此種方法可以使電池在充電過程中有一個間歇時間使電池內部有一個電能和光能的轉換過程時間，這樣可以使充電效率得到提高，其缺點就是在對整個充電過程很難實現準確控制，并且充電時間長，實用性較差。

3.4 智能分段充電

首先采用涓流充電，在保持電壓和電流恒定的情況下，輸出小電流。

在第二階段，在電池電壓達到閾值后，采用電流電壓實時改變的方式進行充電，對電池采樣快充的方式進行充電段，采用電壓恒定的充電方式，避免發生過充的現象，當充電系統檢測到電流小于設定值后，判斷電池為充滿狀態。

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