鋰離子電池存在最優(yōu)充電電流

1972年美國(guó)科學(xué)家J.A.Mas提出蓄電池在充電過(guò)程中存在最佳充電曲線(xiàn)和他的馬斯三定律，要注意的是，這個(gè)理論是針對(duì)鉛酸蓄電池提出的，其界定最大可接受充電電流的邊界條件是少量副反應(yīng)氣體的出現(xiàn)，顯然這個(gè)條件與具體的反應(yīng)類(lèi)型有關(guān)。

但系統(tǒng)存在最優(yōu)解的思想，卻是放之四海而皆準(zhǔn)的。具體到鋰離子電池，界定其最大可接受電流的邊界條件可以重新含義。基于一些研究文獻(xiàn)的結(jié)論，其最優(yōu)值仍然是類(lèi)似馬斯定律的曲線(xiàn)趨勢(shì)。

值得注意的是，鋰離子電池的最大可接受充電電流的邊界條件，除了要考慮鋰離子電池單體的因素，還要考慮系統(tǒng)級(jí)別的因素，比如散熱能力不同，系統(tǒng)的最大可接受充電電流是不同的。然后我們暫且以這樣的基礎(chǔ)繼續(xù)向下討論。

現(xiàn)階段對(duì)電池充電方法的研究重要是基于最佳充電曲線(xiàn)來(lái)開(kāi)展的。如下圖所示，假如充電電流超過(guò)這條最佳充電曲線(xiàn)，不但不能提高充電速率，而且會(huì)新增電池的析氣量;假如小于此最佳充電曲線(xiàn)，雖然不會(huì)對(duì)電池造成傷害，但是會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間，降低充電效率。

對(duì)這個(gè)理論的闡述包含三個(gè)層次，是為馬斯三定律：

①關(guān)于任何給定的放電電流，蓄電池充電時(shí)的電流接受比α與電池放出的容量平方根成反比;

②關(guān)于任何給定的放電量，α與放電電流Id的對(duì)數(shù)成正比;

③蓄電池在以不同的放電率放電后，其最終的允許充電電流It(接受能力)是各個(gè)放電率下的允許充電電流的總和。

以上定理，也是充電接受能力這個(gè)概念的來(lái)源。先理解一下什么是充電接受能力。找了一圈，沒(méi)有看到統(tǒng)一官方的含義。按照自己的理解，充電接受能力就是在特定環(huán)境條件下，具備一定荷電量的可充電電池充電的最大電流。可以接受的含義是不會(huì)出現(xiàn)不應(yīng)有的副反應(yīng)，不會(huì)對(duì)電芯的壽命和性能造成不良影響。

進(jìn)而理解一下三定律。第一定律，在電池放出一定電量以后，其充電接受能力與當(dāng)前荷電量有關(guān)，荷電量越低，其充電接受能力越高。第二定律，充電過(guò)程中，出現(xiàn)脈沖放電，有助于幫助電池提高實(shí)時(shí)的可接受電流值;第三定律，充電接受能力會(huì)受到充電時(shí)刻以前的充放電情況的疊加影響。

假如馬斯理論也適用于鋰離子電池，則反向脈沖充電(下文中具體名稱(chēng)為Reflex快速充電法)除了可以用去極化的角度解釋其對(duì)溫升抑制有幫助以外，馬斯理論也作為對(duì)脈沖方法的支撐。而更進(jìn)一步的，真正將馬斯理論全盤(pán)運(yùn)用的，是智能充電方法，即跟蹤電池參數(shù)，使得充電電流值始終因循鋰離子電池的馬斯曲線(xiàn)變化，使得在安全邊界以?xún)?nèi)，充電效率達(dá)到最大化。

常見(jiàn)快速充電方法

鋰離子電池的充電方法有很多種，針對(duì)快速充電的要求，其重要方法包括脈沖充電、Reflex充電，和智能充電。不同的電池類(lèi)型，其適用的充電方式也不完全相同，在方法這節(jié)不做具體區(qū)分。

脈沖充電

這是來(lái)自文獻(xiàn)中的一個(gè)脈沖充電方式，其脈沖階段設(shè)置在充電觸及上限電壓4.2V以后，并在4.2V以上持續(xù)進(jìn)行。暫且不提其具體參數(shù)設(shè)置的合理性，不同類(lèi)型電芯存在差異。我們關(guān)注一下脈沖執(zhí)行過(guò)程。

下面是脈沖充電曲線(xiàn)，重要包括三個(gè)階段：預(yù)充、恒流充電和脈沖充電。在恒流充電過(guò)程中以恒定電流對(duì)電池進(jìn)行充電，部分能量被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當(dāng)電池電壓上升到上限電壓(4.2V)時(shí)，進(jìn)入脈沖充電模式：用1C的脈沖電流間歇地對(duì)電池充電。在恒定的充電時(shí)間Tc內(nèi)電池電壓會(huì)不斷升高，充電停止時(shí)電壓會(huì)慢慢下降。當(dāng)電池電壓下降到上限電壓(4.2V)后，以同樣的電流值對(duì)電池充電，開(kāi)始下一個(gè)充電周期，如此循環(huán)充電直到電池充滿(mǎn)。