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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。
1)变电流间歇充电法
变电流间歇充电法是由厦门大学陈体衔教授提出来的,它的特点是将恒流充电改为限压变电流间歇充电。如下图所示,变电流间歇充电法的第一阶段,先采用较大电流值对电池充电,在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。保持一段停充时间后,采用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,如此往复数次(一般约为3~4 次)充电电流将减小设定的截止电流值。然后进入恒电压充电阶段,以恒定电压对电池充电直到充电电流减小到下限值,充电结束。
变电流间歇充电法的主充阶段在限定充电电压条件下,采用了电流逐渐减小的间歇方式加大了充电电流,即加快了充电过程,缩短了充电时间。但是这种充电模式电路比较复杂、造价高,一般只有在大功率快充时才考虑采用。
2)变电压间歇充电
在变电流间歇充电法的基础上,有人又研究了变电压间歇充电法。两者的差异就在于第一阶段的充电过程,将间歇恒流换成间歇恒压。比较上面图(a)和图 (b),可见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
流自然按照指数规律下降,符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
Reflex 快速充电法
Reflex 快速充电方法,又被称为反射充电方法或“打嗝”充电方法。该方法的每个工作周期包括正向充电、反向瞬间放电和停充3 个阶段。它在很大的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寿命。
如上图 所示,在每个充电周期中,先采用2 C 的电流充电时间为10 s 的Tc,然后停充时间为0.5 s的Tr1,反向放电时间为1 s 的Td,停充时间为0.5 s 的Tr2,每个充电循环时间为12 s。随着充电的进行,充电电流会逐渐变小。
智能充电法
智能充电是目前较先进的充电方法,如下图所示,其主要原理是应用du/dt 和di /dt 控制技术,通过检查电池电压和电流的增量来判断电池充电状态,动态跟踪电池可接受的充电电流,使充电电流自始自终在电池可接受的最大充电曲线附近。这类智能方法,一般结合神经网络和模糊控制等先进算法技术,实现系统的自动优化。
充电方式对充电速率影响的实验数据
文献比较了恒流充电方法和一种反向脉冲充电。恒流充电就是整个充电过程中以恒定不变的电流对电池进行充电充。恒流充电初期,可以有大电流充电,但随着时间的推移,极化电阻逐渐显现并增加,造成更多的能量转化成热量,消耗掉并使得电池温度逐渐上升。
恒流充电与脉冲充电的比较
脉冲充电方法,是以一段时间的充电之后,出现短暂的反向充电电流。其基本形式如下图所示。充电过程中夹杂短暂的放电脉冲,起到去极化的作用,降低极化电阻在充电过程中造成的影响。
有研究专门对比了脉冲充电与恒流充电的效果差异性。取平均电流为1C,2C,3 C 和4C(C 为电池额定容量数值) , 分别做了4 组对比实验,通过电池充完后放出的电量来衡量实际充入的电量下。图为充电电流为2C 时脉冲充电的电流及电池端电压波形。表1 为恒流脉冲充电实验数据。脉冲周期为1s,正脉冲时间为0.9s, 负脉冲时间为0.1s。
Ichav 为充电平均电流,Qin为充入电量;Qo为放出电量,η为效率。
从上表中的实验结果可以看到,恒流充电与脉冲充电效率近似,脉冲略低于恒流,但充入电池的总电量,脉冲方式明显多于恒流方式。
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