锂离子电池充电简介.doc

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1、锂离子电池充电简介1.充电原理美国学者J.A.Mas指出，锂电池在充电过程中，如果充电电流大于接受曲线的电流时，充电速率不上升，其析气量反而会增加；如果其充电电流小于电流的接受曲线，这时的充电电流不会对电池造成伤害，在这个条件下的充电方式是允许的，如图1。图1锂电池的充电曲线J.A.Mas同时指出，通过大电流放电或者瞬间停止对其充电，如图2，可以消除极化现象，使电池可接受的充电曲线渐渐向右移动，从而大大提高充电速度和效率，缩短充电时间。在电池充电接受能力处在下降阶段时，可以采用对电池放电的方法，在充电过程中来提供电池接受电流的能力。这就是快速充电的基本

2、理论。图2锂电池的瞬时放电曲线2.充电方法1）恒压充电恒压充电是指单体电池以一恒定电压进行充电。其优点是随着电池的荷电状态的变化，自动调整充电电流，如果规定的电压恒定值适宜，就能保证电池完全充满。图3时电池恒压充电的充电曲线，从图中可以看出其缺点是锂电池充电开始的初始阶段，流过电池的充电电流太大，它对锂电池的寿命会产生负面作用。图3恒压充电曲线1）恒流充电恒流充电，即电流维持在恒定值的充电，多采用恒流或分阶段恒流。按照所选充电电流大小不同，将恒流充电分为快速充电、浮充充电（又叫涓流充电）和标准充电。如图4为恒流充电的充电曲线。这种充电方法操作简单，对于

3、多个电池串联的电池组来说，十分适合。但是在充电后期，由于锂电池的可接受电流能力下降，如果恒定大小的充电电流继续作用于电解液，会导致电池内部产生大量气泡。这种情况不仅会使电池容量降低，还会造成电池的物理性损伤，使电池寿命随之变短。图4恒流充电曲线根据J.A.Mas曲线，当电池以一恒定电流I1充电时，到达时间t1，电池开始析气，如果电池继续以电流I1充电，不仅不能充满，还会损坏电池，如图5。图5恒流充电曲线2）恒流恒压充电采用恒压、恒流相结合的充电方式，可以分为恒流充电周期和恒压充电周期两个部分。当电池接入充电器后，首先以C/15（C为单体电池的容量）量级

4、的小电流进行充电，当其电压上升到恒流门限（2.5V）时，则进入恒流充电阶段，以较高的恒定速率（1C）对电池进行快速充电。此阶段容易对电池过度充电，因此需要进行端电压检测，当电池电压到达恒压门限（4.2V）时，转入恒压充电阶段，充电电流不断减小，当充电电流降到C/10或C/15时，终止充电。如图6，该方法弥补了前两种方法的不足，但是不能消除电池充电时的极化现象，影响充电效果。图6恒流恒压充电曲线1）脉冲充电图7时脉冲充电示意图，在小电流、恒流区和恒压恒流充电方法是一样的，当电压到达恒压门限（4.2V）时，脉冲充电模式开始。在脉冲区，充电电源间歇性地对电池

5、以恒定电流充电，根据J.A.Mas的理论，目的是消除极化现象，随着电池逐渐充满，充电时间越来越短，停充时间越来越长，占空比越来越小，当占空比低于5%至10%，终止充电。图7恒脉冲充电曲线2）智能充电智能充电是目前比较先进的充电方法，其原理是在整个充电过程中动态跟踪电池可接受的充电电流，使充电电流始终保持在可接受的最大充电曲线附件，使电池在很少气体析出状态下快速充满电，如图8所示。该方法的缺点是电池在使用一段时间以后，可接受的理想充电曲线会发生变化，其充电参数也需要调整。图8智能充电曲线1.均衡充电原因实际使用中，单节锂电池电压较低，一般会串联起来使用。

6、整个电池组的容量主要由单体电池的最小容量来决定，但是由于各个单体电池之间存在容量大小上的差异，这些差异对于电池组的使用寿命有很大影响。电池组出现不均衡的主要原因：其一，电池本身在制造过程中存在容量差异；其二，电池在组装过程中没有匹配好。在充电过程中，为了减少不平衡对电池组带来的影响，需要采用均衡电路来控制。通常说的电池均衡是对电池荷电状态的均衡，常用方法是以单体锂电池电压为参数进行控制。在充电过程中主要影响电池充电的因素有：1）电压方面。充电过程中充电电压超过锂电池限制电压，称为过充。多次出现轻微过充会使电池容量降低，进而电池发生局部变形，严重过充可能

7、会使电池发生爆炸。充电时，电池充电电压尽量靠近满充电压值，这样电池容量不会发生降低。2）电流方面。锂电池充电电流不是无限的，如果充电电流高于锂电池承受上限时，会造成电池中电解液出现析气反应，使电池产生大量热量。3）温度方面。当锂电池温度过高时，电池内部会发生一系列反应，甚至电池可能出现爆炸。因此充电时，需要对电池温度进行监控并加以控制。1.均衡充电方法1）电阻消耗均衡法图9是电阻消耗均衡法的电路拓扑，每个单体电池都需要并联一个带MOSFET开关的支路。当单体电池电压达到设定的基准电压时控制开关开通或关断，分流部分充电电流。当所有电池达到最大充电电压或者

8、任意一个电池的充电电压有下降趋势时，电流开始减少。该方法电路简单、可靠性高，但是功率损耗大，只