充電鋰電池快速充電方法

著者：Iflowpower – Lieferant von tragbaren Kraftwerken

1 充電時怎樣才能調用「快充」？我們充電的基本訴求：1）充電快； &39;2）不會影響我的電池壽命； 3）盡量省錢，放出多少電量，就盡量充進我的電池裡。 那你能多快打電話？目前還沒有標準文獻給出具體的數值，我們暫時參考目前最受歡迎的補貼政策中提到的閾值數量。 下表是新能源乘用車2017年補助標準。

可以看出快充入門等級為3C。 事實上，在乘用車補貼標準中，並沒有體現要求。 從一般乘用車的宣傳資料上可以看到，大家一般都能充滿80%就可以當做快充來用，就會進行宣傳。

那麼，乘用車1.6c就可以作為入門級的充電參考值。 依照這個思路，推廣15分鐘滿80%，相當於3.

2C. 2.快充瓶頸？在此背景下，相關方關注的實體包括電池、充電器和配電設施。 我們討論快充，直接認為電池會出現問題。

其實，在電池出現問題之前，首先就是充電機和配電線路的問題。 我們提到了TSLA的充電樁，它的名字是超級充電樁，它的功率是120KW。 根據Tslamodels85D、96S75P、232的參數。

5ah、最高403V、1.6C對應最大需求功率是149.9kW。

從這裡可以看到有電動機充電樁的測試，1.6C也就是30分鐘。 國家標準中，不允許將充電站直接設置在原有住宅電網內。

1個快充樁所用的電量已經超過了十幾戶人家的用電。 因此，既有充電站須單獨設定10kV變壓器，且一個區域的配電網不新建多少個10kV變電站。 接下來說電池。

電池能否承載1.6C或3.2C的充電要求，可從宏觀和微觀兩個角度來看。

3.快速充電理論快速充電理論這個主題之所以被稱為“宏觀快充理論”，是因為直接決定電池快充能力的是鋰離子電池內部正負極材料的性質、微觀結構、電解液成分等。 添加劑、隔膜性能等等，這些微觀層面的內容，我們暫時放在電池的外面，看到鋰離子電池的快速充電。

鋰離子電池存在的最大充電電流1972年美國科學家賈馬斯提出，電池在充電過程中，存在最佳的充電曲線，以及他的馬斯三定律，需要注意的是，這一理論是針對鉛酸電池提出的，它定義了最大可接受充電電流的邊界條件是出現少量的側向電流，顯然這種條件和具體的反應類型有關。 但係統有最好的解決方案，但它只是一個測驗。 具體對於鋰離子電池來說，定義其最大可接受電流的邊界條件可能具有重新的意義。

綜合一些研究文獻的結論，其最優值仍呈現類似規律的曲線趨勢。 值得注意的是，鋰離子電池的最大邊界條件，除了鋰離子電池單體的因素外，還與系統層面的因素如散熱能力、系統可接受的最大充電電流等有關，不同電池組的最大邊界條件也不同。 那我們就在這個基礎上繼續討論下去。

Maszer的公式描述：i=i0*e^αt； I0為電池初始充電電流； α為充電接受率； T是充電時間。 I0和α的值與電池的類型，結構及新舊有關。 現階段，基於最佳充電曲線的電池充電方法研究具有重要意義。

如下圖所示，如果充電電流超過了這個最佳充電曲線，不但充電率無法提升，反而會增加電池的電量；若小於此最佳充電曲線，雖然不會損害電池，但會延長充電時間，並降低充電效率。 這個理論的闡述包括三個層次，這對馬斯之旅來說是：1.對於給定的放電電流，電池中電荷的電流與電池的容量α和電池的容量成反比； 2.對於任何給定的放電量，α與放電電流ID成正比； 3 電池以不同的放電率放電，其最終允許充電電流IT（可接受能力）為各放電率下允許充電電流之和。 上述定理也是充電接受能力概念的來源。

首先了解一下什麼是充電接受。 找了一圈沒看到統一的官方意思。 依照你自己的理解，充電接受能力就是在一定的環境條件下，充電電池在一定的電量下充電的最大電流。

可以接受的影響是指沒有產生不該有的副作用，對電池的壽命和性能沒有產生不利的影響。 進一步了解三條定律。 第一定律，電池放電之後，充電接受能力和目前電量大小有關，電量越低，充電接受能力越高。

第二定律，充電時，脈衝放電可以幫助電池提高即時接受電流值；第三定律，充電接受能力會由充電前的預充、放電狀況疊加而成。 如果馬斯也認為適用於鋰離子電池的話，反向脈衝充電（下文中具體名稱為反射快速充電法）除了從極化角度考慮，對溫升抑制有幫助外，馬斯也積極提出了建議。 支援脈衝方法。

進一步的，真正意義上的智慧充電方式，即智慧充電方式，即充電電流值一直隨著鋰離子電池的馬斯客曲線而變化，從而在安全邊界內最大化充電效率。 4種常見的快速充電方法鋰離子電池的充電方法有很多種，針對快速充電的要求，其重要的方法有脈衝充電、反射充電、智慧充電等。 不同的電池類型，其適用的充電方法並不完全相同，本節不對此有具體的區分。

脈衝充電這是文獻中介紹的脈衝充電模式，充電接觸後提供脈衝階段，上限電壓為4.2V，且持續在4.2V以上。

先不提其具體參數設定的合理性，不同類型的批次都有差異。 我們關注脈衝的實施過程。 下面是一個脈衝充電曲線，主要包含三個階段：預充電，恆定電流充電和脈衝充電。

恆定電流充電時以恆定電流對電池進行充電，部分能量被轉移到電池內部。 當電池電壓升到上限電壓（4.2V）時，進入脈衝充電模式：以1C的脈衝電流充電。

電池電壓在恆定的充電時間Tc內不斷上升，停止充電時電壓會緩慢下降。 當電池電壓下降到上限電壓（4.2V）時，用相同的電流值對電池進行充電，開始下一個充電週期，如此循環，直到電池充滿。

脈衝充電過程中，電池電壓上升的速度會逐漸變慢，停止時間T0會變長。 當恆定電流充電佔空比低至5%～10%時，認為電池已充滿，結束充電。 與常規充電方式相比，脈衝充電可以用大電流充電，而且會消除電池中阻斷劑的集中和歐姆極化，使下一輪充電更加平穩，充電速度快，對電池溫度影響小，影響電池的壽命，目前被廣泛應用。

但是它的缺點也是顯而易見的：電源對流功能有限制，這增加了脈衝充電方式的成本。 間歇充電方式，鋰離子電池，間歇充電，間歇，間歇電方式，可變電壓間歇充電。 1）廈門大學陳恭甲教授提出的跨流間歇傳輸方式的改變。

其特點是將恆定電流充電改為限制電流充電。 如下圖所示，充電電流變化的第一階段，首先採用較大的電流值對電池進行充電。 當電池電壓達到截止電壓V0時，停止充電。

此時，電池電壓已急劇下降。 保留一段停止時間後，減小充電電流繼續充電。 當電池電壓升到截止電壓V0時，停止充電，這樣恢復時間（一般約3~4倍）充電電流將降低設定的截止電流值。

然後進入恆壓充電階段，將蓄電池充電，直到充電電流減少到下限值時，充電結束。 電轉充電主要採用電流逐漸減少的間歇方式，即加速充電過程，縮短充電時間。 但此種充電方式電路較複雜，成本較高，通常只在高功率快充時才考慮。

2）根據電量的變化，有耐電性間歇充電的變化。 二者的差別在於第一級充電過程，由間歇流改為間歇充電。 比較上圖（a）和圖（b），可見恆壓間歇充電更符合最佳充電方式的充電曲線。

在每個恆壓充電階段，由於電壓恆定，充電電流會依指數規則自然下降，電池電流接受率隨充電而逐漸下降。 REFLEX快速充電法 反射快速充電法，又稱為反射充電法或「打鼾」充電法。 此方法的每個工作循環包括正向充電、反向瞬間放電三個階段。

很大程度上解決了電池極化問題，加快了充電速度。 但反向放電會縮短鋰離子電池的壽命。 如上圖所示，在每個充電週期中，2C的電流充電時間為TC的10s，然後TR1為0。

5s，反向放電時間為1s TD，停止時間為0.5s TR2，每個充電週期時間為12s。 隨著充電，充電電流會逐漸變小。

智慧充電方式是目前較先進的充電方式。 如下圖所示，其重要原理是應用DU/DT和DI/DT控制技術。 透過檢查電池電壓和電流的增量，對電池進行充電，動態追蹤電池可接受的充電電流，使得充電電流從一開始便保持在電池可接受的範圍內。

這種智慧方法一般與神經網路、模糊控制等先進的演算法技術結合，實現系統的自動最佳化。 5 充電方式比較了恆定電流充電方式和反向脈衝充電方式對充電速率影響的實驗數據。 恆定電流充電是在整個充電過程中以恆定的恆定電流對電池進行充電。

恆定電流充電可以有較大的電流充電，但隨著時間的推移，極化電阻逐漸出現並加入更多的能量，造成更多的能量發熱、消耗，使電池溫度逐漸升高。 比較脈衝充電法為恆定電流充電，而脈衝充電則是在短暫的反向充電電流之後再進行一段時間的充電。 基本形式如下圖所示。

在充電過程中，增加瞬態放電脈衝，利用去極化作用，降低充電過程中極化電阻的影響。 有研究專門比較了脈衝充電與恆定電流充電的效果。 取1c、2c、3c、4c（c為電池額定容量值）的平均電流，已用於4組對照實驗。

電池充滿電後所釋放的電量。 圖中為充電電流為2C時，脈衝電流的電流和電池側電壓波形。 表1為恆定電流脈衝充電實驗數據。

脈衝週期為1s，正脈衝時間為0.9s，負脈衝時間為0.1s。

ICHAV為充電平均電流，QIN為充電時間； qo為放電功率，η為效率從上表的實驗結果可知，恆定電流充電與脈衝充電效率近似，脈衝略低於恆定流，但向內供給電池的總功率要明顯多於恆定電流模式。 6.不同脈衝佔空比對脈衝充電的影響：負電流放電時間慢，有一定影響，且放電時間越長，充電越慢；當同一塊平板時，充電量越大，放電時間越長。 從下表可以看出，不同的佔空比對效率和輸電量有明顯的影響，但數值差異不是很大。

與此相關，有兩個重要參數，充電時間和溫度均未顯示。 因此，選擇脈衝充電優於連續恆定電流充電，而具體選擇佔空比，則必須專注於溫升和充電時間的需求。 參考文獻1 王飛，鋰鐵鋰及三元材料與電容充電複合電極因電動車鋰離子電池放射充電特性研究； 3 何秋生，鋰離子電池充電技術總結。