二次鋰電池具有單體輸出電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、比能量大、體積小、自放電低、無記憶效應(yīng)、無污染和工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于鋰電池來說，充電方法對(duì)其性能影響很大，合理的充電方法可延長(zhǎng)鋰電池的壽命、提高充電效率。

本文分析了鋰電池的各種充電方法，并在充電速度、使用壽命和實(shí)現(xiàn)成本上對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，供大家參考交流。

一、理論基礎(chǔ)1972年美國科學(xué)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(shí)間。I0和α的值與電池類型、結(jié)構(gòu)和新舊程度有關(guān)。

現(xiàn)階段對(duì)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(huì)增加電池的析氣量；如果小于此最佳充電曲線，雖然不會(huì)對(duì)電池造成傷害，但是會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間，降低充電效率。

二、充電方法鋰電池的充電方法有很多種，按充電效率可分為常規(guī)充電和快速充電。其中常規(guī)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，最后還對(duì)智能充電進(jìn)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、標(biāo)準(zhǔn)充電和涓流充電。在整個(gè)充電過程中，一般采用調(diào)整電源充電電壓或改變與電池串聯(lián)的電阻值，來維持電池的充電電流大小不變。這種方法優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，適用于對(duì)多個(gè)電池串聯(lián)的電池組進(jìn)行充電。缺點(diǎn)是鋰電池的可接受充電的能力會(huì)隨著充電的進(jìn)行逐漸降低，在充電后期過大的充電電流會(huì)使電池內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，對(duì)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(gè)環(huán)節(jié)。

2. 恒壓充電恒壓充電就是在整個(gè)充電過程中，充電電壓保持恒定，充電電流的大小隨著電池狀態(tài)的變化自動(dòng)調(diào)整。隨著充電的進(jìn)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(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)是充電時(shí)間較長(zhǎng)，并且在充電初期電池充電電流過大，直接影響鋰電池的壽命和使用質(zhì)量。所以恒壓充電方法很少單獨(dú)使用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)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(cè)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(duì)電池進(jìn)行涓充充電，使電池電壓緩慢上升；當(dāng)電池電壓達(dá)到門限電壓時(shí)，進(jìn)入恒流充電，在此階段以較大的電流（0.5C～1 C）強(qiáng)度對(duì)電池進(jìn)行快速充電，電池電壓上升較快，電池容量將達(dá)到其額定值的

85%左右；在電池電壓上升到上限電壓（4.2V）后，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(dāng)充電電流降到0.1C 或 0.05C 時(shí)，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(shí)充電電流過大的問題，又克服了恒流充電后期容易出現(xiàn)過充的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，目前在鋰電池的充電方法被廣泛使用。但它不能消除電池充電時(shí)的極化現(xiàn)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(gè)階段：預(yù)充、恒流充電和脈沖充電。

在恒流充電過程中以恒定電流對(duì)電池進(jìn)行充電，大部分能量被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當(dāng)電池電壓上升到上限電壓（4.2V）時(shí)，進(jìn)入脈沖充電模式：用1C的脈沖電流間歇地對(duì)電池充電。在恒定的充電時(shí)間Tc內(nèi)電池電壓會(huì)不斷升高，充電停止時(shí)電壓會(huì)慢慢下降。當(dāng)電池電壓下降到上限電壓（4.2V）后，以同樣的電流值對(duì)電池充電，開始下一個(gè)充電周期，如此循環(huán)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(huì)漸漸減慢，停充時(shí)間T0會(huì)變長(zhǎng)，當(dāng)恒流充電占空比低至5%～10%時(shí)，認(rèn)為電池已經(jīng)充滿，終止充電。與常規(guī)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(huì)被消除，使下一輪的充電更加順利地進(jìn)行，充電速度快、溫度的變化小、對(duì)電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。但其缺點(diǎn)很明顯：需要一個(gè)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(gè)充電周期持續(xù)大約1s，首先對(duì)電池進(jìn)行正向充電，然后停充和反向放電各20～30ms。正向脈沖電流給電池充電，而負(fù)向脈沖電流減少氣體從電極中析出，可對(duì)電池采用較大電流實(shí)現(xiàn)快速充電。

5. 間歇充電法鋰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(xué)陳體銜教授提出來的，它的特點(diǎn)是將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(duì)電池充電，在電池電壓達(dá)到截止電壓V0時(shí)停止充電，此時(shí)電池電壓急劇下降。

保持一段停充時(shí)間后，采用減小的充電電流繼續(xù)充電。當(dāng)電池電壓再次上升到截止電壓V0時(shí)停止充電，如此往復(fù)數(shù)次（一般約為3～4 次）充電電流將減小設(shè)定的截止電流值。然后進(jìn)入恒電壓充電階段，以恒定電壓對(duì)電池充電直到充電電流減小到下限值，充電結(jié)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(shí)間。但是這種充電模式電路比較復(fù)雜、造價(jià)高，一般只有在大功率快充時(shí)才考慮采用。

變電壓間歇充電在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)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，將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(gè)恒壓充電階段，由于電壓恒定，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。

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(gè)工作周期包括正向充電、反向瞬間放電和停充3個(gè)階段。它在很大的程度上解決了電池極化現(xiàn)象，加快了充電速度。但是反向放電會(huì)縮短鋰電池壽命。

Sheng-Yuan Ou和Jen-Hung Tian對(duì)Reflex快速充電方法進(jìn)行了研究，充電曲線如圖5所示，在每個(gè)充電周期中，先采用2C的電流充電時(shí)間為10s的Tc，然后停充時(shí)間為0.5s的Tr1，反向放電時(shí)間為1s的Td，停充時(shí)間為0.5s的Tr2，每個(gè)充電循環(huán)時(shí)間為12s。隨著充電的進(jìn)行，充電電流會(huì)逐漸變小。實(shí)驗(yàn)證明，這種充電方法可以使單體鋰電池的充電時(shí)間

提升到40min，電池溫度僅僅升高1.1 ℃，充電效率達(dá)到87.51%。

7. 智能充電法智能充電是目前較先進(jìn)的充電方法，如圖6（a）所示，其主要原理是應(yīng)用du/dt和di/dt控制技術(shù)，通過檢查電池電壓和電流的增量來判斷電池充電狀態(tài)，動(dòng)態(tài)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態(tài)下快速將電充滿。

（b）所示，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合，研究出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計(jì)了智能充電控制系統(tǒng)。它既具有模糊控制器的善于表達(dá)人類的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、推理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的直接從控制數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)知識(shí)、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，智能充電法在充電過程中電壓變化平穩(wěn)，充電時(shí)間短，因此它作為模糊自適應(yīng)控制方案中的一種，未來將受到愈來愈多的重視。

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