锂电池的充电特性及充电方法研究

张东虞

摘 要：文章通过对锂电池特性及其充电特性和充电方法的介绍，让使用者对锂电池有个正确的使用和充电方法的选择。

关键词：锂电池；充电特性；充电方法

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0166-02

1 锂电池特性

常用锂电池通常采用碱性有机介质，负极采用锂离子和脱嵌碳材料代替纯锂作为负极，正极采用锂化合物，电解质由混合电解液作制成。锂电池充电电压为3.6 V，使用寿命约为500次，重量较轻，但是不耐过充，如果长时间过充会造成温度过高而破坏内部结构甚至爆炸的危险。锂电池适用于先恒流后恒压的充电方式。

但是由于锂电池本身材质不具备过充、过放、过流、短路及超高温充放电能力，所以对于手机充电器的保护电路有很高的要求。

2 锂电池充电特性

2.1 锂电池在充电过程中具有的特性

锂电池在充电过程中具有以下特性。

2.1.1 多变量

在锂离子电池充电过程中，其特性受到充电电流大小、电压大小、环境温度以及充放电次数等因素影响。

2.1.2 电化学性能复杂

对于相同型号的电池如果在充电过程中充电工况的不一致都将影响锂离子电池的特性，如产生过充情况，对于锂电池内部性能将产生损坏，对电池的电特性产生直接影响。

2.1.3 非线性

锂电池在进行充电时，其伏安特性不是呈线性变化，而是呈指数变化趋势。

2.2 锂电池充电曲线分析

如果电池充电方式根据充电接受率进行控制，将大大提升充电的效率，电池充电的速度也会相应得到提高，在本课题的设计中，将遵循充电接受率曲线的变化，使整个控制过程通过电池系统获得信息以达到充电要求。

通过对锂电池充电曲线进行分析，可以得到如下结论：

①电池容量C≤10%时。

因为电池化成方式，充电过程中电流耐受率低，电池充电接受率低，所以在通常采用小电流输出的方式进行充电。

②电池容量10%

此阶段电池化成稳定，电池内阻小，因此可以采用大电流输出的方式进行充电。

③电池容量C>90%时。

此阶段电池内部极性物质沉淀，电池耐受率飞速下降，此时充电电流不应过大。

3 锂电池常用充电方法研究

目前，充电技术日益完善，在充电方法的选择中，除了传统的恒压充电、恒流充电、恒压恒流充电方法以外，涌现了很多新的充电方法，诸如脉冲充电、分段充电等越来越多的得到广泛应用。下面将对几种常用充电方法进行概述。

3.1 恒流充电

在对电池进行充电的过程中，通过对输出电压的调节来保持电流的恒定，当充电系统判断电池电压达到一定阈值时，则电池充电结束。

此种方法在对充电电量计算方便比较准确，并且充电控制电路简单容易实现，但在电池充电的后面阶段，由于电池内部状态的影响，该阶段接受电流能力弱，导致后面阶段采用此充电方法效率不高，可能产生电池充不满情况。

3.2 恒压充电

在对电池进行充电的过程中，通过对充电器输出电压保持一定的恒定值，随着充电時间的延长，电池端电压变大，电流变小，如果系统通过采样电路检测到充电电流趋于极小值时，系统认为充电结束，停止充电。

该种充电方法在电路上很容易实现，只需添加DC模块便能实现，但在充电初期阶段，如果电池电量处在很低的情况下，输出电压与输入电压之间电压差过大，同时在充电初始阶段电流也比较大，将会对电池内部造成破坏。

3.3 脉冲式充电

在对电池进行充电的过程中，充电器通过开关管进行控制，通过开关管的设置将整个充电过程划分为多脉冲充电周期，每个充电周期都包括充电过程和间歇过程。

此种方法可以使电池在充电过程中有一个间歇时间使电池内部有一个电能和光能的转换过程时间，这样可以使充电效率得到提高，其缺点就是在对整个充电过程很难实现准确控制，并且充电时间长，实用性较差。

3.4 智能分段充电

首先采用涓流充电，在保持电压和电流恒定的情况下，输出小电流。

在第二阶段，在电池电压达到阈值后，采用电流电压实时改变的方式进行充电，对电池采样快充的方式进行充电段，采用电压恒定的充电方式，避免发生过充的现象，当充电系统检测到电流小于设定值后，判断电池为充满状态。

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