对于锂电池来说，充电方式对其性能影响很大。合理的充电方法可以延长锂电池的寿命，提高充电效率。本文分析了锂电池的各种充电方式，比较了它们在充电速度、使用寿命、实施成本等方面的优缺点，供大家参考。
一、理论基础
1972年，美国科学家J.A.Mas提出蓄电池充电过程中存在一个最优充电曲线：I=I0e-t，其中；I0是电池的初始充电电流；为充电接受率；t是充电时间。I0和的值与电池的类型、结构和新旧程度有关。
目前对电池充电方法的研究主要是基于最佳充电曲线。如图1所示，如果充电电流超过这个最佳充电曲线，不仅不能提高充电速率，还会增加电池的析气量。如果小于这个最佳充电曲线，不会对电池造成伤害，但会延长充电时间，降低充电效率。
图1锂电池的充电特性
二、充电方式
锂电池的充电方式有很多种，根据充电效率可以分为常规充电和快速充电。常规充电方式包括恒流充电、恒压充电、阶段充电和间歇充电，快速充电包括脉冲充电和反射充电。最后对智能充电进行了分析。
1.恒流充电
根据充电电流，恒流充电可分为快速充电、标准充电和涓流充电。在整个充电过程中，一般通过调节电源的充电电压或改变与电池串联的电阻值来维持电池的充电电流。该方法具有控制简单优点，且适合于对具有多个串联电池的电池组进行充电。缺点是锂电池的可接受充电能力会随着充电逐渐下降，过大的充电电流会在充电后期造成电池出现气泡，对电池造成损害。因此，恒流充电经常被用作阶段充电的一个环节。
2.恒压充电
恒压充电是指充电电压在整个充电过程中保持恒定，充电电流随着电池状态的变化而自动调整。随着充电的进行，充电电流逐渐减小。与恒流充电相比，其充电过程更接近最佳充电曲线，控制简单，成本低。缺点是充电时间长，充电初期电池充电电流过大，直接影响锂电池的寿命和服务质量。所以恒压充电方式很少单独使用，只有在充电电源电压较低，电流较大时才使用。
3.恒流恒压充电
图2显示了恒流和恒压充电曲线。开始充电前，首先检测电池电压。如果电池电压低于mosfet(约2.5V)，则用C/10的小电流给电池充电，使电池电压缓慢上升。当电池电压达到mosfet时，会进入恒流充电，而在这个阶段，电池会以大电流(0.5c ~ 1c)快速充电，电池电压迅速上升，电池容量会达到其额定值的85%左右。电池电压上升到上限电压(4.2V)后，电路切换到恒压充电模式，电池电压基本维持在4.2V，充电电流逐渐减小，充电速度变慢。现阶段主要是保证电池充满。当充电电流下降到0.1C或0.05C时，判断电池充满。
图2恒流和恒压充电曲线
恒流恒压充电避免了恒压充电初期充电电流过大的问题，克服了恒流充电后期的过充现象，结构简单，成本低。目前，锂电池的充电方式被广泛使用。但不能消除电池充电时的极化现象，影响充电效果。
4.脉冲充电
如图3所示，这是一种脉冲充电
在恒流充电的过程中，电池被恒流充电，大部分能量转移到电池内部。当电池电压上升到上限电压(4.2V)时，进入脉冲充电模式：电池间歇充电，脉冲电流为1C。在恒定的充电时间Tc内，电池电压会不断升高，充电停止后电压会逐渐降低。当电池电压下降到上限电压(4.2V)时，用相同的电流值给电池充电，开始下一个充电周期，以此类推，直到电池充满。
在脉冲充电的过程中，电池的电压下降速度会逐渐变慢，充电停止时间T0会变长。当恒流充电的占空比低至5% ~ 10%时，认为电池充满，充电终止。与常规充电方式相比，脉冲充电可以用更大的电流充电，在停止充电期间会消除电池的浓差极化和欧姆极化，使下一轮充电更顺利地进行，且充电速度快，温度变化小，对电池寿命的影响小，目前应用广泛。但它的缺点也很明显：需要一个带限流功能的电源，增加了脉冲充电的成本。
梁振英等研究的脉冲充电。每个充电周期持续1s左右。先将电池正向充电，然后停止充电，反向放电，分别持续20 ~ 30 ms。正脉冲电流给电池充电，负脉冲电流减少气体从电极析出，使电池能以大电流快速充电。
5.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。
可变电流间歇充电法
变电流间歇充电法是厦门大学陈教授提出的。其特点是将恒流充电改为限压变流间歇充电。如图4(a)所示，在可变电流间歇充电方法的第一阶段(也是主阶段),首先用大电流值对电池充电，然后当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。
图4间歇充电曲线
停止充电一段时间后，以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，重复几次(一般3 ~ 4次左右)充电电流会降低设定的截止电流值。然后进入恒压充电阶段，对电池进行恒压充电，直到充电电流降低到下限，充电结束。在变电流间歇充电法的主充电阶段，在充电电压有限的情况下，采用逐渐减小电流的间歇方式增加充电电流，加快了充电过程，缩短了充电时间。但这种充电方式复杂且价格昂贵，一般只在大功率快速充电时才考虑。
可变电压间歇充电
在可变电流间歇充电法的基础上，有人研究了可变电压间歇充电法。两者的区别在于第一阶段的充电过程，由间歇恒流变为间歇恒压。对比图4(a)和图4(b)可以看出，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，充电电流自然呈指数下降，符合电池电流接受率随充电逐渐下降的特点。
6.灵活快速充电方法
反射快速充电法也称为反射充电法或“打嗝”充电法。该方法的每个工作循环包括正向充电、反向瞬时放电和停止充电三个阶段。很大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的寿命。
欧圣远和田仁红研究了Reflex的快速充电方法，其充电曲线如图5所示。在每个充电循环中，Tc的充电时间为
智能充电是目前比较先进的充电方式。如图6(a)所示，其主要原理是通过检查电池电压和电流的增量来判断电池的充电状态，动态跟踪电池的可接受充电电流，使充电电流始终在电池的可接受最大充电曲线附近。通过这种方式，电池可以快速充满电，几乎没有气体逸出。
图6智能充电
如图6(b)所示，将神经网络与模糊控制相结合，开发了模糊神经网络控制器和神经网络模型，设计了智能充电控制系统。它既具有模糊控制器善于表达人类经验知识、推理能力强的特点，又具有神经网络控制器直接从控制数据中学习知识、学习能力强的特点。实验表明，智能充电方式电压变化平稳，充电时间短，作为模糊自适应控制方案之一，将会越来越受到重视。
审核编辑：李倩
