鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：369次 | 2023年11月23日
分析幾種鋰電池常見的充電策略
首先我們來(lái)分析一下常見的幾種充電策略
1.恒流恒壓（CCCV）
恒流恒壓充電是最為常見也是最為普通的充電方式，充電開始的階段采用恒流充電的模式對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電，當(dāng)達(dá)到設(shè)置電壓后轉(zhuǎn)而控制電壓不變而不斷降低充電電流直到電流達(dá)到設(shè)置值或者時(shí)間達(dá)到設(shè)定值（如下圖a所示）。這種充電策略充電時(shí)間重要受到恒流充電電流Icc大小的影響，充電容量則重要受到充電截止電壓Vch和恒壓充電截止電流Iend的影響，而相關(guān)的研究也表明高的充電截止電壓Vch和大的充電電流Icc會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的壽命顯著劣化。
2.多步恒流充電法（MSCC）
在這種充電策略中不再使用恒壓充電，而是采用了多步的充電電流遞減的恒流充電策略，例如采用I1恒流充電到截止電壓后，繼續(xù)采用更小的電流I2充電到截止電壓，依次類推直到電流降低到最終截止電流。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3.脈沖充電法（PC）
這種充電方法可以在一些相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，在這種充電策略中充電的過(guò)程中可能會(huì)采用一系列的調(diào)整充電電流甚至是充電方向（放電）的短時(shí)間脈沖構(gòu)成，常見的脈沖充電策略有兩種，一種是僅將CCCV充電中的恒壓充電部分替換為脈沖充電，另外一種是將整個(gè)過(guò)程都替換為脈沖充電。
4.加速充電（BC）
所謂的加速充電模式是在CCCV充電模式的基礎(chǔ)上新增了一個(gè)大電流的CC或者恒功率充電過(guò)程，從而達(dá)到降低充電時(shí)間的目的，有研究表明加速充電模式能夠有效的提升鋰離子電池的充電效率，同時(shí)又不會(huì)對(duì)鋰離子電池的循環(huán)壽命出現(xiàn)顯著的影響。
實(shí)驗(yàn)中作者選擇了來(lái)自三洋、索尼和A123的三款功率型18650鋰離子電池，電池的額定容量為1A左右，三款電池的信息如下表所示，下圖a為A、B和C三種電池在小電流下的放電曲線。實(shí)驗(yàn)中共采用了四種充電制度，CCCV（恒流恒壓）、CCPC（恒流脈沖）、PC（脈沖）和BC（加速充電）。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
由于CCCV充電策略是最為常見的充電方式，因此在該試驗(yàn)中也是將CCCV充電方式作為基線進(jìn)行參考，表2為CCCV充電所采用的策略，重要考察了不同的充電電流（1A、3A和5A）和充電截止電壓的影響。表3為CCPC（恒流脈沖）充電的策略，以3A作為充電電流。表4為PC（脈沖）充電的策略，其中高電流為5A，低電流為1A，高低電流的持續(xù)時(shí)間相同，重要測(cè)試了不同的頻率對(duì)電池的影響。表5為BC（加速充電）充電策略，重要測(cè)試了不同SoC范圍內(nèi)進(jìn)行加速充電關(guān)于電池性能的影響。
1.恒流恒壓充電（CCCV）
1.1充電電流的影響
下圖為CCCV充電策略中采用不同充電電流時(shí)電池充電所要的時(shí)間，從圖中能夠看到電池A和C大部分容量都是在恒流充電的過(guò)程中完成的，而恒壓充電容量?jī)H占非常小的一部分，而關(guān)于電池B恒壓充電的時(shí)間占比較大。
關(guān)于電池充電時(shí)間影響最大的還是充電電流，例如我們將充電電流從1A新增到3A，則充電時(shí)間能夠縮短50%，繼續(xù)將充電電流提高到5A只有電池A和C的充電時(shí)時(shí)間縮短了1/3，而電池B由于恒壓充電時(shí)間較長(zhǎng)，所以將充電電流提高到5A后充電時(shí)間相比于3A并沒(méi)有顯著的縮短。
采用CCCV充電策略時(shí)不同的充電電流關(guān)于電池循環(huán)壽命的影響，能夠看到關(guān)于電池A，大充電電流會(huì)造成電池壽命的顯著下降，例如1A充電時(shí)電池的壽命可達(dá)1000次，3A充電時(shí)電池的壽命就會(huì)下降到800次，而充電電流達(dá)到5A時(shí)電池的壽命則僅為600次左右。但是關(guān)于電池B不同的充電電流關(guān)于電池的循環(huán)壽命并沒(méi)有顯著的影響。關(guān)于電池C在1A充電時(shí)電池循環(huán)1200次后容量保持率仍然可以達(dá)到97%，3A充電時(shí)電池循環(huán)1200次后容量保持率為95%，但是在5A充電時(shí)電池壽命會(huì)發(fā)生快速衰降，壽命不足700次。
1.2充電截止電壓的影響
充電截止電壓會(huì)影響正負(fù)極的電極電勢(shì)，因此關(guān)于鋰離子電池的循環(huán)壽命會(huì)出現(xiàn)顯著的影響。下圖為A、B和C三種電池容量隨充電截止電壓的變化，可以看到電池A和B的充電截止電壓關(guān)于電池的容量有顯著的影響，充電截止電壓每降低100mV，電池的容量會(huì)衰降10-20%，而電池C由于采用了LFP正極，因此在3.4V以上電池的容量幾乎與電池的充電截止電壓無(wú)關(guān)。
下面為不同截止電壓下電池的循環(huán)性能，整體上來(lái)看隨著充電截止電壓升高電池的循環(huán)性能是在不斷降低的，關(guān)于電池A而言，充電截止電壓的影響就比較小，假如將將充電截止電壓從4.2V降低到4.1V，壽命僅新增100次左右，要顯著新增A電池的壽命要降低到4.0V，但是這會(huì)使得電池的容量降低30%，而提高電池的充電電壓到4.25V則僅僅會(huì)使得電池的循環(huán)壽命輕微的降低。
電池B則關(guān)于充電電壓敏感的多，將充電電壓從4.1V降低到4.0V后，電池在循環(huán)800次后容量保持率提高5%，但是進(jìn)一步降低充電截止電壓到3.9V則關(guān)于電池的循環(huán)壽命沒(méi)有顯著的影響，但是假如將充電截止電壓提高到4.15V則會(huì)顯著的加速電池B的衰降速度。
電池C關(guān)于充電截止電壓最為敏感，假如將充電截止電壓從3.6V提高到3.65V則會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命出現(xiàn)顯著的降低，但是降低充電截止電壓關(guān)于電池的循環(huán)壽命沒(méi)有顯著的影響。
2.脈沖充電（CCPC／PC）
2.1恒流脈沖（CCPC）
恒流脈沖充電制度與恒流恒壓充電制度接近，只是將恒壓充電階段替換為脈沖充電，在充電時(shí)間上CCPC相比于常見的恒流恒壓充電實(shí)際上會(huì)更長(zhǎng)一點(diǎn)，因此在充電時(shí)間上CCPC并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。
2.2脈沖充電（PC）
與前面的CCPC充電策略不同，PC充電策略在整個(gè)充電過(guò)程中都采用了脈沖的方式進(jìn)行，由于在脈沖充電的過(guò)程中極化比較大，因此脈沖充電會(huì)使得電池的充電容量有所降低，例如電池A在脈沖充電策略下，電池僅能夠沖入80%的容量，電池C能夠沖入95%的容量。在充電時(shí)間上PC充電策略與同樣電流的CCCV充電制度幾本相同，從上圖的循環(huán)數(shù)據(jù)能夠看到PC充電策略的電池的循環(huán)壽命與同樣電流的CCCV充電策略幾本相同。
3.加速充電（BC）
加速充電策略是在較低的SoC范圍內(nèi)使用較大的充電電流（5A）進(jìn)行充電，達(dá)到截止電壓后轉(zhuǎn)而采用小電流（1A）CCCV充電方式進(jìn)行充電，因此充電時(shí)間相對(duì)縮短，經(jīng)過(guò)測(cè)試電池A采用BC充電策略充電時(shí)間為57min，電池C為48min，介于1A和3A電流的CCCV充電時(shí)間之間。
下圖為電池A和C采用BC充電策略的循環(huán)性能，從圖中能夠看到關(guān)于電池A，假如從0%開始采用加速充電（5A）則會(huì)導(dǎo)致電池的衰降速度顯著新增，與5A電流的CCCV充電策略接近。而假如從10%SoC和20%開始加速充電，則循環(huán)壽命會(huì)大大改善，與3A電流的CCCV充電策略接近。而關(guān)于電池C，假如開始加速充電的SoC為0%和10%則會(huì)導(dǎo)致電池的衰降速度明顯加速，而假如在20%SoC開始加速充電，則關(guān)于電池的循環(huán)壽命的影響較小。這也表明在較低的SoC下進(jìn)行加速充電會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命受到顯著的影響。
PeterKeil的工作表明，關(guān)于電池循環(huán)壽命影響最大的為充電電流，關(guān)于電池A和C在5A大電流下進(jìn)行充電時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的循環(huán)壽命嚴(yán)重縮短，但是電池B的循環(huán)壽命似乎受充電電流的影響不大。其次是電池的充電截止電壓，高的充電截止會(huì)嚴(yán)重的縮短鋰離子電池的使用壽命，特別是關(guān)于電池B和C將充電截止電壓提高50mV就會(huì)嚴(yán)重的影響電池的循環(huán)壽命。
從充電策略來(lái)看，脈沖充電策略關(guān)于電池的循環(huán)壽命沒(méi)有顯著的影響（相比于CCCV），但是脈沖充電也沒(méi)有減少充電時(shí)間，特別是CCPC充電策略還會(huì)導(dǎo)致電池的充電時(shí)間有所延長(zhǎng)。
加速充電（BC）策略能夠減少一定的充電時(shí)間，但是加速充電策略要謹(jǐn)慎的選擇加速充電的SoC范圍，在過(guò)低的SoC的范圍內(nèi)盡量不要使用加速充電，以免影響電池的循環(huán)壽命。
