二次锂電池具有單體輸出電壓高、循環壽命長、比能量大、體積小、自放電低、無記憶效應、無污染和工作溫度範圍寬等優點，被廣泛地應用到各個領域。對于锂電池來說，充電方法對其性能影響很大，合理的充電方法可延長锂電池的壽命、提高充電效率。

本文分析了锂電池的各種充電方法，并在充電速度、使用壽命和實現成本上對各自的優缺點進行了比較，供大家參考交流。

一、理論基礎

1972年美國科學家J.A.Mas提出蓄電池在充電過程中存在最佳充電曲線：I=I0e-αt，式中；I0為電池初始充電電流；α為充電接受率；t為充電時間。I0和α的值與電池類型、結構和新舊程度有關。

現階段對電池充電方法的研究主要是基于最佳充電曲線來開展的。如圖1所示，如果充電電流超過這條最佳充電曲線，不但不能提高充電速率，而且會增加電池的析氣量；如果小于此最佳充電曲線，雖然不會對電池造成傷害，但是會延長充電時間，降低充電效率。

圖1 锂電池充電特性

二、充電方法

锂電池的充電方法有很多種，按充電效率可分為常規充電和快速充電。其中常規充電方法包括：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，最後還對智能充電進行了分析。

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、标準充電和涓流充電。在整個充電過程中，一般采用調整電源充電電壓或改變與電池串聯的電阻值，來維持電池的充電電流大小不變。這種方法優點是控制簡單，适用于對多個電池串聯的電池組進行充電。缺點是锂電池的可接受充電的能力會随着充電的進行逐漸降低，在充電後期過大的充電電流會使電池内部産生氣泡，對電池造成損壞。因此恒流充電，常常是作為階段充電中的一個環節。

2. 恒壓充電

恒壓充電就是在整個充電過程中，充電電壓保持恒定，充電電流的大小随着電池狀态的變化自動調整。随着充電的進行，充電電流逐漸減小。與恒流充電相比，其充電過程更加接近最佳充電曲線，控制簡單、成本低。缺點是充電時間較長，并且在充電初期電池充電電流過大，直接影響锂電池的壽命和使用質量。所以恒壓充電方法很少單獨使用，隻有在充電電源電壓低而電流大時采用。

3. 恒流恒壓充電

如圖2為恒流恒壓充電曲線。在開始充電之前，首先檢測電池電壓，若電池電壓低于門限電壓（2.5V左右），則以C/10的小電流對電池進行涓充充電，使電池電壓緩慢上升；當電池電壓達到門限電壓時，進入恒流充電，在此階段以較大的電流(0.5C～1 C)強度對電池進行快速充電，電池電壓上升較快，電池容量将達到其額定值的85%左右；在電池電壓上升到上限電壓（4.2V）後，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，當充電電流降到0.1C 或 0.05C 時，即判定電池充滿。

圖2 恒流恒壓充電曲線

恒流恒壓充電避免了恒壓充電開始時充電電流過大的問題，又克服了恒流充電後期容易出現過充的現象，結構簡單，成本較低，目前在锂電池的充電方法被廣泛使用。但它不能消除電池充電時的極化現象，影響充電效果。

4. 脈沖充電

如圖3所示，為脈沖充電曲線，主要包括三個階段：預充、恒流充電和脈沖充電。

圖3 脈沖充電曲線

在恒流充電過程中以恒定電流對電池進行充電，大部分能量被轉移到電池内部。當電池電壓上升到上限電壓（4.2V）時，進入脈沖充電模式：用1C的脈沖電流間歇地對電池充電。在恒定的充電時間Tc内電池電壓會不斷升高，充電停止時電壓會慢慢下降。當電池電壓下降到上限電壓（4.2V）後，以同樣的電流值對電池充電，開始下一個充電周期，如此循環充電直到電池充滿。

在脈沖充電過程中，電池電壓下降速度會漸漸減慢，停充時間T0會變長，當恒流充電占空比低至5%～10%時，認為電池已經充滿，終止充電。與常規充電方法相比，脈沖充電能以較大的電流充電，在停充期電池的濃差極化和歐姆極化會被消除，使下一輪的充電更加順利地進行，充電速度快、溫度的變化小、對電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。但其缺點很明顯：需要一個有限流功能的電源，這增加了脈沖充電方式的成本。

C.K.Leong等研究的脈沖充電，每個充電周期持續大約1s，首先對電池進行正向充電，然後停充和反向放電各20～30ms。正向脈沖電流給電池充電，而負向脈沖電流減少氣體從電極中析出，可對電池采用較大電流實現快速充電。

5. 間歇充電法

锂電池間歇充電法包括變電流間歇充電法和變電壓間歇充電法。

變電流間歇充電法

變電流間歇充電法是由廈門大學陳體銜教授提出來的，它的特點是将恒流充電改為限壓變電流間歇充電。如圖4(a)所示，變電流間歇充電法的第一階段（也是主要階段），先采用較大電流值對電池充電，在電池電壓達到截止電壓V0時停止充電，此時電池電壓急劇下降。

圖4 間歇充電曲線

保持一段停充時間後，采用減小的充電電流繼續充電。當電池電壓再次上升到截止電壓V0時停止充電，如此往複數次（一般約為3～4 次）充電電流将減小設定的截止電流值。然後進入恒電壓充電階段，以恒定電壓對電池充電直到充電電流減小到下限值，充電結束。變電流間歇充電法的主充階段在限定充電電壓條件下，采用了電流逐漸減小的間歇方式加大了充電電流，即加快了充電過程，縮短了充電時間。但是這種充電模式電路比較複雜、造價高，一般隻有在大功率快充時才考慮采用。

變電壓間歇充電

在變電流間歇充電法的基礎上，有人又研究了變電壓間歇充電法。兩者的差異就在于第一階段的充電過程，将間歇恒流換成間歇恒壓。比較圖4(a)和圖4(b)，可見恒壓間歇充電更符合最佳充電的充電曲線。在每個恒壓充電階段，由于電壓恒定，充電電流自然按照指數規律下降，符合電池電流可接受率随着充電的進行逐漸下降的特點。

6. Reflex 快速充電法

Reflex快速充電方法，又被稱為反射充電方法或“打嗝”充電方法。該方法的每個工作周期包括正向充電、反向瞬間放電和停充3個階段。它在很大的程度上解決了電池極化現象，加快了充電速度。但是反向放電會縮短锂電池壽命。

Sheng-Yuan Ou和Jen-Hung Tian對Reflex快速充電方法進行了研究，充電曲線如圖5所示，在每個充電周期中，先采用2C的電流充電時間為10s的Tc，然後停充時間為0.5s的Tr1，反向放電時間為1s的Td，停充時間為0.5s的Tr2，每個充電循環時間為12s。随着充電的進行，充電電流會逐漸變小。實驗證明，這種充電方法可以使單體锂電池的充電時間提升到40min，電池溫度僅僅升高1.1 ℃，充電效率達到87.51%。

圖5 Reflex 充電曲線

7. 智能充電法

智能充電是目前較先進的充電方法，如圖6(a)所示，其主要原理是應用du/dt和di/dt控制技術，通過檢查電池電壓和電流的增量來判斷電池充電狀态，動态跟蹤電池可接受的充電電流，使充電電流自始自終在電池可接受的最大充電曲線附近。這樣電池能在很少析氣的狀态下快速将電充滿。

圖6 智能充電

如圖6(b)所示，将神經網絡與模糊控制相結合，研究出了模糊神經網絡控制器、神經網絡模型，設計了智能充電控制系統。它既具有模糊控制器的善于表達人類的經驗知識、推理能力強等特點，又具有神經網絡控制器的直接從控制數據中學習知識、學習能力強等特點。實驗驗證，智能充電法在充電過程中電壓變化平穩，充電時間短，因此它作為模糊自适應控制方案中的一種，未來将受到愈來愈多的重視。

三、結束語

本文分析了锂電池的各種充電方法，根據J.A.Mas的理論,其存在一個最佳充電曲線,無限接近這條曲線時，充電速度最快、效率最高，超過這條曲線,電池将會受到損害。相對于恒流和恒壓充電，智能充電和脈沖充電更好地運用J.A.Mas理論,集合了各種方法的優點,應用較為廣泛。在充電過程中電池極化問題一直影響着充電效果，如果将來能消除電池極化，電池充電速度将會上一個新的台階。

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