详解锂电池快速充电方法及锂电池发展趋势

来源：宝鄂实业 2019-07-19 20:27 点击量：次

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（4.2 V）时，进入脉冲充电模式：用1 C 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（4.2 V）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。

间歇充电法

锂电池间歇充电法包括变电流间歇充电法和变电压间歇充电法。

1）变电流间歇充电法

变电流间歇充电法是由厦门大学陈体衔教授提出来的，它的特点是将恒流充电改为限压变电流间歇充电。如下图所示，变电流间歇充电法的第一阶段，先采用较大电流值对电池充电，在电池电压达到截止电压V0时停止充电，此时电池电压急剧下降。保持一段停充时间后，采用减小的充电电流继续充电。当电池电压再次上升到截止电压V0时停止充电，如此往复数次（一般约为3～4 次）充电电流将减小设定的截止电流值。然后进入恒电压充电阶段，以恒定电压对电池充电直到充电电流减小到下限值，充电结束。

变电流间歇充电法的主充阶段在限定充电电压条件下，采用了电流逐渐减小的间歇方式加大了充电电流，即加快了充电过程，缩短了充电时间。但是这种充电模式电路比较复杂、造价高，一般只有在大功率快充时才考虑采用。

2）变电压间歇充电

在变电流间歇充电法的基础上，有人又研究了变电压间歇充电法。两者的差异就在于第一阶段的充电过程，将间歇恒流换成间歇恒压。比较上面图(a)和图 (b)，可见恒压间歇充电更符合最佳充电的充电曲线。在每个恒压充电阶段，由于电压恒定，充电电

流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

Reflex 快速充电法

Reflex 快速充电方法，又被称为反射充电方法或“打嗝”充电方法。该方法的每个工作周期包括正向充电、反向瞬间放电和停充3 个阶段。它在很大的程度上解决了电池极化现象，加快了充电速度。但是反向放电会缩短锂电池寿命。

在每个充电周期中，先采用2 C 的电流充电时间为10 s 的Tc，然后停充时间为0.5 s的Tr1，反向放电时间为1 s 的Td，停充时间为0.5 s 的Tr2，每个充电循环时间为12 s。随着充电的进行，充电电流会逐渐变小。

智能充电法

智能充电是目前较先进的充电方法，如下图所示，其主要原理是应用du/dt 和di /dt 控制技术，通过检查电池电压和电流的增量来判断电池充电状态，动态跟踪电池可接受的充电电流，使充电电流自始自终在电池可接受的最大充电曲线附近。这类智能方法，一般结合神经网络和模糊控制等先进算法技术，实现系统的自动优化。

由于我国对环保事业的重视，从近几年我国的新能源汽车销量情况来看，市场对新能源汽车的需求上升较快。其中，2018年新能源汽车产销分别完成127万辆和126万辆，同比增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆，同比增长48%和50.9%；插电式混合动力汽车产销分别完成28.4万辆和27.2万辆，同比增长121.9%和117.6%。

目前，国内新能源汽车仍然在采用磷酸铁锂和三元锂电池,车型续航里程基本上都能够达到300公里，我国动力电池产业快速发展，推动各环节技术水平快速提升。电芯有望实现三元NCM811电池的量产应用，产品单体能量密度达到260Wh／kg，系统能量密度达到180 Wh／kg。从全球各个国家来看，主要车企厂商配备的还是日韩动力电池，以三元锂电池为主续航里程基本可以达到350公里。

目前我国锂电池行业存在部分中小企业，规模小，技术水平低，生产的锂电池产品较为低端。企业生产锂电池购买原料成本过高，给企业带来的生产经营成本相对较高。

锂电池在某些特定情况下会发生燃烧、爆炸等情况，比如使用不当，极端环境中都有可能发生危险，考虑到技术方面的不足，有些时候也成了限制锂电池发展的缺点。

锂电池成为汽车的动力存储来源，在中国不断加码环保事业之后，中国的新能源车的发展进程将不断加快，对于锂电池的发展也是会有巨大的推动左右。

（二）锂矿供应现状

锂电池的生产原料主要来自于锂矿，锂矿的供应制约着锂电池的发展，同时决定了锂电池的未来。中国已探明锂资源量为450万吨。中国锂矿资源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外锂矿产量中，67%是来自于锂辉石矿山，而这些锂辉石矿几乎全部来源于澳大利亚。而剩下的盐湖产量均来自于南美。

（三）锂电池政策扶持逐渐退坡

2019年3月26日，财政部、工业和信息化部、科技部和发展改革委四部委联合发布了《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。

重点内容包括：1、国补力度大幅退坡，补贴基数综合下降程度超50%；2、2019年3月26日至2019年6月25日为过渡期，期间按2018年补贴的0.1倍和0.6倍进行补贴；3、过渡期后地补取消，转为支持充电等配套设施；4、电池技术要求更高，但补贴系数下修。随着补贴退坡幅度加大，动力电池环节面或临进一步降价压力。

（四）锂电池的机遇与挑战

机遇一：低碳环保，全球汽车电气化浪潮不可遏制和逆转

在低碳环保、能源安全及产业扶植等因素的驱动下，全球电动汽车市场发展迅速，截止2017年底保有量超过340万，市场份额突破1%，年均复合增长率达58%。汽车电动化趋势不可逆转，产业格局加速形成；预计2025年新能源汽车全球销量将突破1800万辆；中国新能源汽车销量将突破700万。

机遇二：政策持续明确，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路

新能源汽车已上升为国家战略；产业政策双积分将代替补贴成为行业长期发展的管理基础；2025年新能源整体市场占比将达到20%。

机遇三：产业和价值重构，将催生新的汽车业态和伟大企业

技术重构：关键核心技术将逐渐从整车延展到关键子系统和零部件。

服务重构：从产品提供者演变为产品+服务+出行方案提供者，用户接口成为关键。

价值重构：核心价值点将由整车向关键系统、部件以及上下游转移。

竞争重构：产业竞争将由产品竞争演变为产业平台竞争。一大批造型新势力涌入新能源汽车产业，截止2017年底，中国新能源汽车企业数量已达到314家，超过200家造车新势力入局。

挑战一：使用新能源汽车的信心，影响着新能源汽车的市场

对于电池技术、充电不便、价格及续驶里程的焦虑，仍然是制约大部分消费者选择新能源汽车的主要因素。