分析锂电池快速充电的方法
来源：宝鄂实业
2019-09-08 18:50
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锂电池存在最优充电电流
1972年美国科学家J.A.Mas提出蓄电池在充电过程中存在最佳充电曲线和他的马斯三定律，需要注意的是，这个理论是针对铅酸蓄电池提出的，其界定最大可接受充电电流的边界条件是少量副反应气体的产生，显然这个条件与具体的反应类型有关。
但系统存在最优解的思想，却是放之四海而皆准的。具体到锂电池，界定其最大可接受电流的边界条件可以重新定义。基于一些研究文献的结论，其最优值仍然是类似马斯定律的曲线趋势。
现阶段对电池充电方法的研究主要是基于最佳充电曲线来开展的。如下图所示，如果充电电流超过这条最佳充电曲线，不但不能提高充电速率，而且会增加电池的析气量;如果小于此最佳充电曲线，虽然不会对电池造成伤害，但是会延长充电时间，降低充电效率。
对这个理论的阐述包含三个层次，是为马斯三定律：
①对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比α与电池放出的容量平方根成反比;
②对于任何给定的放电量，α与放电电流Id的对数成正比;
③蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It(接受能力)是各个放电率下的允许充电电流的总和。
以上定理，也是充电接受能力这个概念的来源。先理解一下什么是充电接受能力。找了一圈，没有看到统一官方的定义。按照自己的理解，充电接受能力就是在特定环境条件下，具备一定荷电量的可充电电池充电的最大电流。可以接受的含义是不会产生不应有的副反应，不会对电芯的寿命和性能造成不良影响。
进而理解一下三定律。第一定律，在电池放出一定电量以后，其充电接受能力与当前荷电量有关，荷电量越低，其充电接受能力越高。第二定律，充电过程中，出现脉冲放电，有助于帮助电池提高实时的可接受电流值;第三定律，充电接受能力会受到充电时刻以前的充放电情况的叠加影响。
如果马斯理论也适用于锂电池，则反向脉冲充电(下文中具体名称为Reflex快速充电法)除了可以用去极化的角度解释其对温升抑制有帮助以外，马斯理论也作为对脉冲方法的支撑。而更进一步的，真正将马斯理论全盘运用的，是智能充电方法，即跟踪电池参数，使得充电电流值始终因循锂电池的马斯曲线变化，使得在安全边界以内，充电效率达到最大化。
常见快速充电方法
锂电池的充电方法有很多种，针对快速充电的要求，其主要方法包括脉冲充电、Reflex充电，和智能充电。不同的电池类型，其适用的充电方式也不完全相同，在方法这节不做具体区分。
脉冲充电
这是来自文献中的一个脉冲充电方式，其脉冲阶段设置在充电触及上限电压4.2V以后，并在4.2V以上持续进行。暂且不提其具体参数设置的合理性，不同类型电芯存在差异。我们关注一下脉冲实施过程。
下面是脉冲充电曲线，主要包括三个阶段：预充、恒流充电和脉冲充电。在恒流充电过程中以恒定电流对电池进行充电，部分能量被转移到电池内部。当电池电压上升到上限电压(4.2V)时，进入脉冲充电模式：用1C的脉冲电流间歇地对电池充电。在恒定的充电时间Tc内电池电压会不断升高，充电停止时电压会慢慢下降。当电池电压下降到上限电压(4.2V)后，以同样的电流值对电池充电，开始下一个充电周期，如此循环充电直到电池充满。
在脉冲充电过程中，电池电压下降速度会渐渐减慢，停充时间T0会变长，当恒流充电占空比低至5%～10%时，认为电池已经充满，终止充电。与常规充电方法相比，脉冲充电能以较大的电流充电，在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除，使下一轮的充电更加顺利地进行，充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小，因而目前被广泛使用。但其缺点很明显：需要一个有限流功能的电源，这增加了脉冲充电方式的成本。
