锂电池脉冲充电为何锂离子电池脉冲充电是提升电池耐用性的关键？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

为何锂离子电池脉冲充电是提升电池耐用性的关键？

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1.引言

电动汽车的推广有助于减少温室气体排放，但电动汽车的电池寿命是决定其成本和环境可持续性的关键因素，快速充电会影响电池寿命，脉冲充电作为一种替代充电方式，近期受到关注。

电动汽车在重型车辆电气化方面的挑战，以及改善电动汽车电池技术和脉冲充电的优势，具体如下：

1.1 重型车辆电气化的挑战

续航和充电问题： 重型车辆如长途卡车和公交车的电气化面临续航里程有限和充电时间长的障碍，这需要客户进行战略路线规划。

电池和系统复杂性： 重型车辆需要更大的电池组和更多的电池，会产生更多热量，需要更复杂的电池管理系统（BMS）和热管理系统，同时对包装的耐久性要求也更高。

充电基础设施： 重型电动汽车理论上可以使用与乘用车和面包车相同的充电基础设施，但高容量电池组和充电器的低功率输出可能会延长充电时间。虽然快速充电是一种选择，但会影响电池寿命。随着电动汽车的商业化加速，确保电池保修并提高充电速率是主要关注点之一。

1.2 改善电动汽车电池技术

电池类型比较： 全球电动汽车领域主要使用镍氢（NiMH）电池和锂离子（Li-ion）电池。NiMH电池由于环保性、高充放电率和高功率密度在混合动力汽车中普遍使用，但因电压不同并不适合并联连接，在电动汽车中应用较少。Li-ion电池在功率、能量密度、寿命和自放电率方面具有优势，已成为电动汽车的主导选择。

成本挑战： 尽管近年来取得了进展，但Li-ion电池的高成本仍然是电动汽车广泛应用的长期挑战。Li-ion电池的制造依赖于锂、钴和镍等关键原材料的供需。为了降低成本，除了研究制造过程的成本效率、使用替代材料和电池回收过程外，探索延长电池寿命的方法也是一种途径。

研究重点： 因此，越来越多的研究致力于通过更好地控制运行参数来优化电池组的运行。

1.3 脉冲充电的优势

充电方式： 脉冲充电使用间歇性脉冲电流代替恒定电流。

研究发现： 最近的研究表明，采用脉冲充电策略可能进一步延长电池寿命，并且存在某些频率最优值可使电池寿命更长。

潜在好处： 如果循环寿命的改善得到证实，脉冲充电模式对重型车辆充电有益，可节省长期运营成本，同时可在不影响电池性能的情况下提高充电速率，减少充电时间并增加运营小时数。

图1：根据电池级的规格，比较不同电池技术的比能（W h kg−1）和比功率（W kg−2）的Ragone图

电池类型： 所有测试均在第3.1节表1中所列规格的新型商用NMC基锂离子电池上进行。

充电模式： 寿命研究将仅使用PPC - CV模式，其他脉冲充电模式如PCCC、PM、NPC和APC将不进行研究。

测试条件： 所有测试均在相同的温度（25°C）和荷电状态（SoC）窗口（7 - 82%）下进行，因此温度和SoC对寿命性能的附加影响将不进行研究。

2.理论背景

以下章节将简要概述锂离子电池的理论及背景，包括锂离子电池的结构和工作原理、传统的CC-CV充电模式、脉冲充电模式、电化学理论等，具体如下：

锂离子电池

结构和组成： 锂离子电池主要由半透性隔膜、电解液、阴极和阳极组成，阴极通常由锂金属氧化物组成，如LiCoO2（LCO）、LiFePO4（LFP）和LiNixMnyCozO2（NMC），阳极材料主要是石墨（C6），还有其他碳质材料如焦炭也可使用。

工作原理： 通过“摇椅类比”来解释，当施加电流时，Li +离子从阴极移动到阳极，在阳极被还原并插入电极材料的空位中，这一过程称为插入，是可逆的；放电时，离子向阴极迁移。锂离子电池电极还有转换型和合金型，其反应是可逆的氧化还原反应。

性能影响因素： 锂离子电池的运行机制受扩散和对流影响，扩散与浓度和电位梯度及温度和密度梯度有关。电池会因电化学、热和机械过程而随时间退化，低电流率和15 - 35°C的运行温度更有利于电池性能，高温会导致可循环容量的显著损失，高电流率与循环过程中的高电池温度相关。电池退化主要由SEI层形成和Li镀覆引起，这会导致不可逆的容量衰减。

图2：锂离子电池的内部结构示意图.

传统锂离子电池充电模式

CC - CV模式： 最常见的充电模式是恒流 - 恒压（CC - CV）充电，电池先恒流充电至上限电压（约4.1或4.2V），然后恒压充电至电流降至预设值，标准充电通常使用C/3电流率，截止电流通常设置为恒流阶段电流密度的3%左右，恒流阶段充电约88%的容量，恒压阶段负责剩余的12%。CC - CV模式虽然充电时间长，但通常优于高电流CC模式，因为高电流恒流操作会导致高扩散诱导应力，而恒压操作时应力会减小，通过CC - CV充电策略可避免过电压并减少应力。充电时的限速步骤是Li +扩散，这会导致浓度极化，可能导致截止电压过早达到或在所有活性材料被利用之前达到较低电流限制，严重时可能导致枝晶形成和热失控。

图3：使用电流密度为3 mV−1的传统CC-CV模式的充电特性。图a)显示了电流密度与时间的关系，b)电池电压与时间的关系，c)充电容量与时间的关系。一旦在tT时刻达到4.2 V的上限电位，则电流随时间减小的静电位减小。一旦达到预设的下限电流，就停止充电过程。

脉冲充电

充电模式： 脉冲充电是一种特殊的充电方式，通过控制脉冲来施加充电电流，可分为正脉冲充电和负脉冲充电，不同充电技术基于不同的控制策略。

图4：脉冲充电的微型模型.

正脉冲充电： 包括PPC模式（电流脉冲幅度Ipk保持恒定，脉冲和松弛周期分别为tp和tr，频率和 duty cycle可通过公式计算）、PPC - CV模式（PPC和CV结合，避免过充电）和其他模式（如PCCC模式、PM模式）。

图5：PPC模式的说明。注释Ipk、Iavg、tp和tr分别表示峰值电流幅度、平均电流、脉冲宽度和静止宽度.

负脉冲充电： 包括NPC模式（与PPC模式类似，但有短放电脉冲）和APC模式（电流在正负脉冲之间交替）。

脉冲频率对电池寿命的影响： 脉冲频率会影响电池寿命性能，存在最优脉冲频率fZmin可使电池阻抗最小，从而限制电能到化学能的转换损失并获得最大能量转移效率。

电化学理论

电池循环： 电池性能通过循环（充电和放电）来评估，循环寿命指电池在达到寿命终点（EOL）之前能经历的循环次数，通常通过生命周期测试来确定，电池测试到保修结束（EOW），此时容量通常下降到原始容量的80%。相关定义包括C - rate（充电/放电电流率）、电池容量（包括标称容量、实际容量和可用容量）、内阻（受电极、电解质、活性物质等影响，可通过HPPC测试估算，极化会导致电池电压偏离平衡电位）和库仑计数（用于确定与SoC限制对应的电压值）。

电流额定值和电池容量

充电/放电电流通常用C率来表示，C率定义为在特定时间内充电/放电电池额定容量所需的电流速率。电流速率影响电池能够提供的能量。这个关系可以用公式5表示，其中I是充电/放电电流，M是C的倍数或分数，n表示达到额定容量所需的时间（小时），C表示电池的额定容量。例如，1C的充电速率应该能够在一小时内将电池从0 - 100%SoC充满。同样，使用2C的充电速率可以在30分钟内充满，使用C/5的充电速率可以在5小时内充满。虽然电池容量可以用多种方式表示，但它本质上被定义为电流在时间上的积分，如公式所示。

标称容量是在标准温度和负载下测量的新的、完全充电的电池的预期容量。实际容量是电池从完全充电状态放电到标准放电结束电压（EODV）时的可交付容量，当电池处于非标准条件时，测试条件会改变电池容量。可用容量是实际容量的一部分，可以在放电到某个非标准EODV或从非标准充电结束电压（EOCV）放电时提供。随着电池的循环，由于老化机制，实际和可用容量不可逆转地丢失。电池老化可以在循环老化测试中进行研究，在该测试中，电池连续循环，定期停止进行标准测试以测量感兴趣的参数。在这样的测试中，容量衰减可以通过公式

给出的表达式来估计，其中Qfade是容量衰减，N是完成的循环次数，CapN是完成N个循环后的剩余可用容量，Capinit是开始循环老化测试前测量的容量。

内阻

电池的另一个特性是其内阻，它受到活性材料和电解质之间界面处的控制机制的影响。它还取决于电极、电解质电导率、活性物质、连接器和接线片。导致内阻的三个主要机制是由电化学反应动力学引起的活化极化、由于电流流过电解质和电池的其他电阻组件而导致的IR降以及由于电解质溶液中浓度梯度引起的通过SEI层的扩散而引入的浓度极化。这些过程的主导区域如图6所示。

图6：重新绘制的极化曲线显示了激活极化、红外下降和浓度极化区域。y轴显示过电位，x轴显示电流密度。

内阻测量的常见定义包括放电电阻、再生/充电电阻、欧姆电阻和极化电阻。极化可以被描述为一种电化学过程，当施加电流时，电池电压偏离平衡电位。当受到负载时，电池电压Ucell受到开路电压（OCV，UOCV）、由于浓度极化（ηdif f）和电荷转移极化（ηch，tr）出现的过电压以及欧姆电阻（Ri，ohm）的电压降的影响，如公式所述。

内阻Ri可以通过混合脉冲功率表征（HPPC）测试来估计，在该测试中，应用短的充电和放电脉冲，每组脉冲之间有休息时间。如公式所述：

通过从充电或放电曲线中选择两个点并应用欧姆定律来计算Ri。内阻测量取决于HPPC测试的条件，如充电/放电、SoC、温度、电流幅度和脉冲持续时间。因此，在报告测量结果时应始终包括测试条件。虽然HPPC是一种能够提供内阻准确估计的有效方法，但在解卷积信号以识别电阻的各个贡献时会出现一些挑战。

库仑计数

设置在SoC限制（除了完整的0 - 100%窗口）之间循环的测试需要确定与SoC限制相对应的电压值。SoC被定义为剩余可用容量与电池的指定参考容量的比率。已经做出了相当大的努力来找到确定和预测SoC的有效方法。用于确定可用容量的标准方法是库仑计数方法，该方法考虑了在时间τ∈[t0，t]内电池的电荷转移。使用这种方法，SoC可以通过公式来估算

电化学阻抗谱

电化学阻抗谱（EIS）是一种实验方法，用于测量受到交流电流或电压的电化学系统的电流和电压响应，响应以频率的函数形式呈现。在恒电流EIS中，施加交流电流，电压响应相对于电流输入相位偏移φ。响应在宽频率范围内记录，并进行傅里叶变换。EIS可以作为间歇电流中断（ICI）和混合脉冲功率表征（HPPC）等方法的替代方法，用于测量电化学系统的内阻。尽管需要更先进的设备，但EIS的一个优点是它可以提供与内阻相关的更详细信息。

EIS数据的评估通常基于将电化学电池表示为具有电阻和电容元件的电路的模型。当受到正弦激励时，这些元件具有一定的阻抗Z，阻抗可以通过公式表示，

其中ZRe和ZIm分别代表其实部和虚部，j代表虚数单位√-1。阻抗测量的结果通常以两种图形形式呈现：奈奎斯特图和波特图。最广泛使用的图形表示是奈奎斯特图，如图7所示，阻抗的虚部ZIm与实部ZRe相对应，频率从左到右递减。欧姆电阻和电荷转移电阻可以分别从高频截距和半圆的直径获得。在波特图中，阻抗的幅度和相位偏移与频率相对应，这允许在点和收集它们的频率之间建立联系。

图7:Nyquist图，可识别参数的说明。

在低频时，由于质量传输效应，阻抗表现出更高的值，而在高频时，电池的电感是主要的贡献因素。实验EIS数据可以通过迭代过程拟合到包含电阻、电容和电感的等效电路模型中，以找到合适的拟合参数。最简单的模型之一是兰德斯电路，如图8所示，它代表了一个由浸入电解质中的电极组成的电路方案。锂离子电池通常可以以类似的方式建模，即作为与电荷转移电阻Rct和电容Cdl的并联连接串联的电阻Rs。在实际应用中，电容器通常被恒定相位元件（CPE）取代，CPE描述了一个非理想电容器。此外，引入了瓦尔堡元件Zw来表示对质量传输的电阻。

图8：Randles电路模型的说明。

增量容量分析

增量容量分析（ICA）通过以低速率施加恒定电流来测量电荷随电压的变化率（dQ/dV）。ICA图揭示了电活性材料在嵌入过程中的相平衡，允许通过关于老化行为的信息跟踪电池健康状态（SoH）。随着电化学系统由于不可逆的副反应而失去容量，dQ/dV图中的峰值倾向于移动、合并和减小尺寸。这种行为如图9所示。

图9：LiNiCoAlO2电池在0、100和200个周期后的微分容量图，以C/24的电流速率记录。

此外，峰值也受到所用C率的影响。Fly和Chen使用的C率范围从1C到C/24，与C/6到C/24的C率相比，1C显示出的峰值之间对比度较小。此外，Olson等人在他们的分析中使用了C/20的速率。通过进行ICA测试，可以对欧姆电阻增加（ORI）、锂库存损失（LLI）和活性材料损失（LAM）等机制进行定性和定量分析。与EIS不同，ICA可以通过简单的电流控制和电压传感来进行，不需要额外的设备。一种类似的分析方法是差分电压分析（DVA），其中电压的变化率（dV/dQ）与容量或SoC相对应。虽然ICA峰值归因于相平衡，但DVA峰值显示了电活性材料的相变。

3. 实验方法

选择脉冲轮廓和测试案例： 对BOL（初始寿命）的棱柱形锂离子电池进行脉冲充电测试，脉冲幅度为1.5C，占空比为50%，测试频率为0.1 - Hz、1 - Hz和100 - Hz的PPC - CV充电模式，电池在25°C和7 - 82%的SOC窗口内循环。

图11：使用的棱柱形电池单元类型的代表性图。

图12：显示脉冲充电测试和参考测试中端子处电缆连接的实验设置。

参考性能测试： 通过参考性能测试（RPT）收集容量和内阻数据，以标准化方式测量老化指标，RPT包括热平衡、三个标准循环和HPPC步骤。

图13：RPT的电压和电流分布，其中包括三个标准循环和一个带有三组充放电脉冲的HPPC步长。

起始循环： 在开始脉冲充电之前，进行起始循环以确定用于脉冲测试序列的SOC水平EOCV和EODV值，从而在7 - 82%的SOC之间循环电池。

表3：启动周期的测试说明。

附加分析方法： 除了PPC循环和RPT外，还进行了ICA和EIS测试，ICA测试中电池初始以C/20循环，后改为C/10，EIS测试在0.01 Hz - 10000 Hz频率范围内进行。

图14：NMC电池的等效电路模型。

循环测试： 完成初始RPT、阻抗测量和起始循环后，运行循环测试脚本，数据采样频率为1Hz，循环测试的结束条件基于时间，每个循环周期为4周。

4. 结果与讨论

循环特性： 在脉冲充电模式下，电池电压在脉冲作用下呈半平衡状态，充电时间与CC - CV模式相似，温度监测显示脉冲频率可能与焦耳热有关，电流测量中出现振荡现象，原因可能是磁场或充电器的影响。

图15：PPC-CV充电模式的循环特性，显示了(a)中的电压曲线和(c).中的电流曲线在充电期间放大的轮廓视图显示在(b)和(d)。

生命周期性能： 经过约700次等效循环后，PPC - CV模式的容量衰减与CC - CV模式相似或略低，内阻增加较低，如0.01 - Hz PPC - CV模式容量衰减为3.65%，1 - Hz PPC - CV模式为3.75%，100 - Hz PPC - CV模式为4.06%，CC - CV模式为4.05%。但由于测试仍处于早期阶段，需要进一步研究来确定脉冲充电对电池寿命的影响。

图16：对运行PPC-CV充电曲线的电池的循环温度监测。单元A和B以0.01 Hz脉冲频率循环，单元C和D以1 Hz脉冲频率，单元E和F的脉冲频率为100 Hz。

增量容量分析： 由于测试时间和电流率的改变，未观察到电池电化学性能的明显恶化。

电化学阻抗谱： 阻抗数据显示，随着循环次数增加，内阻先减小后增大，与HPPC测试结果相符，等效电路模型采用双RC电路和CPE来拟合阻抗数据。

实际应用： 实施脉冲充电需要高功率电气设备、先进的电力电子设备、BMS监测系统、通信和控制系统以及安全措施等。

图17：观察到的电流测量振荡，电池的脉冲频率为100 Hz。子图(a)显示了配置文件的完整视图，而(b)显示了一个放大的视图。由于数据采样频率低于脉冲频率（100Hz），充电期间的电流读数不能代表充电轮廓。

图18：相对容量和DC-IR（%）与相同的全循环数绘制，这相对于DoD进行了归一化。图例列出了不同的测试用例，每个测试用例都重复了两次。

图19：在放电步骤中通过电流积分估算的相对循环容量。

图20：根据不同测试用例的循环数据计算出的充电时间的比较。

图21：使用C/10和C/20的电流速率计算的两个相同的BOL电池的差分容量图。

图22：不同循环阶段的三个测试用例的dQ/dV图。

图23：三种不同测试用例的奈奎斯特图。每个子图包括来自在不同周期条件下循环的两个细胞的数据。

5.结论

通过容量和直流内阻测量、阻抗谱和增量容量分析，对使用PPC - CV模式循环三个4周周期的NMC阴极电池单元的寿命性能进行了评估。循环数据监测显示，充电时间没有差异，因为CV步骤未被激活。此外，脉冲充电模式产生的最高升温温度高于CC - CV模式，尽管推测测试设置的差异可能起到了一定作用。

早期迹象表明，经过约700次循环后，PPC - CV模式表现出与传统CC - CV模式相似或略好的容量保持率，内阻增加较低。0.01 - Hz PPC - CV模式的容量衰减为3.65%，1 - Hz PPC - CV模式为3.75%，100 - Hz PPC - CV模式为4.06%，而CC - CV模式为4.05%。值得注意的是，所有使用PPC - CV模式循环的样本在700次循环后表现出比BOL测量更低的内阻，而CC - CV模式的内阻呈正增长。然而，由于电池健康状态（SoH）仍高于95%，测试尚未达到能够检测到任何显著差异的充分进展。需要进一步循环来确定PPC - CV是否能有效延长电池寿命，以及如果可以，延长的程度如何。阻抗谱和差分容量图证实，老化过程仍处于早期阶段，到目前为止尚未观察到性能的实质性下降。因此，需要进一步的研究来得出任何确切的结论。

锂电池快速充电大揭秘

来源：动力电池技术

电动汽车时常会出现这样的介绍：“快速充电，半小时充电80%，续航300公里，完全解决你的里程焦虑！”快充，商用车用来提升设备使用效率，乘用车用来解决里程焦虑，不断逼近“加一箱油”的时间。大有成为标配的趋势。今天就一块儿来挖一挖快充方法，捎带挖一挖方法的由来。

充电多快可以叫“快充”？

我们充电的基本诉求：

1）充电要快；

2）不要影响电芯寿命；

3）尽量省钱，充电机放出来多少电，尽量都充到我的电池里。

那么多快就可以叫快充了呢？并没有什么标准文献给出具体数值，我们暂且参考知名度最高的补贴政策中提及的数值门槛。

下表是新能源客车2017年补贴标准。可以看到，快充的入门级是3C。实际上，在乘用车的补贴标准中，没有提及快充的要求。

从一般乘用车的宣传资料中，可以看到，大家一般认为30分钟充满80%已经可以作为快充的噱头，拿出来宣传了，那么姑且认为乘用车的1.6C就可以是入门级快充参考值。

按照这个思路，宣传15分钟充满80%的，相当于3.2C。

快充的瓶颈在哪里？

在快充这个语境里，相关方按照物理主体分，包括电池、充电机、配电设施。

我们讨论快充，直接的想到电池会不会有问题。

实际上，在电池有问题之前，首先是充电机，配电线路的问题。

我们提到特斯拉的充电桩，其名曰超级充电桩，它的功率是120kW。

按照特斯拉Model S85D的参数，96s75p，232.5Ah，最高403V计算，其1.6C对应最大需求功率为149.9kW。

从这里就可以看到，对于长续航纯电动车型，1.6C或者说30分钟充满80%已经对充电桩构成考验。

在国家标准中，不允许在原来的居民用电网络中直接直接设置充电站。1台快充桩的用电功率就已经超出几十户居民的用电量。

因此，充电站都需要单独设置10kV变压器，而一个区域的配电网络并非都有余量增加更多的10kV变电站。

然后说道电池。电池是否能够承载1.6C或者3.2C的充电要求，可以从宏观和微观两个角度来看待。

宏观上的快速充电理论

之所以这节的题目叫做“宏观上的快速充电理论”，是因为直接决定电池快速充电能力的是锂电池内部正负极材料性质、微观结构，电解液成分、添加剂，隔膜性质等等，这些微观层面的内容，我们暂时放在一边，站在电池外边，看锂电池快速充电的方法。

锂电池存在最优充电电流

1972 年美国科学家J.A. Mas 提出蓄电池在充电过程中存在最佳充电曲线和他的马斯三定律，需要注意的是，这个理论是针对铅酸蓄电池提出的，其界定最大可接受充电电流的边界条件是少量副反应气体的产生，显然这个条件与具体的反应类型有关。

但系统存在最优解的思想，却是放之四海而皆准的。

具体到锂电池，界定其最大可接受电流的边界条件可以重新定义。

基于一些研究文献的结论，其最优值仍然是类似马斯定律的曲线趋势。

值得注意的是，锂电池的最大可接受充电电流的边界条件，除了需要考虑锂电池单体的因素，还需要考虑系统级别的因素，比如散热能力不同，系统的最大可接受充电电流是不同的。

然后我们暂且以这样的基础继续向下讨论。

马斯定理的公式描述：

I =I0*e^αt

式中；I0为电池初始充电电流；α 为充电接受率；t 为充电时间。I0和α 的值与电池类型、结构和新旧程度有关。

现阶段对电池充电方法的研究主要是基于最佳充电曲线来开展的。

如下图所示，如果充电电流超过这条最佳充电曲线，不但不能提高充电速率，而且会增加电池的析气量；

如果小于此最佳充电曲线，虽然不会对电池造成伤害，但是会延长充电时间，降低充电效率。

对这个理论的阐述包含三个层次，是为马斯三定律：

①对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比α 与电池放出的容量平方根成反比；

② 对于任何给定的放电量，α与放电电流Iｄ的对数成正比；

③蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It （接受能力）是各个放电率下的允许充电电流的总和。

以上定理，也是充电接受能力这个概念的来源。先理解一下什么是充电接受能力。找了一圈，没有看到统一官方的定义。

按照自己的理解，充电接受能力就是在特定环境条件下，具备一定荷电量的可充电电池充电的最大电流。

可以接受的含义是不会产生不应有的副反应，不会对电芯的寿命和性能造成不良影响。

进而理解一下三定律。第一定律，在电池放出一定电量以后，其充电接受能力与当前荷电量有关，荷电量越低，其充电接受能力越高。

第二定律，充电过程中，出现脉冲放电，有助于帮助电池提高实时的可接受电流值；

第三定律，充电接受能力会受到充电时刻以前的充放电情况的叠加影响。

如果马斯理论也适用于锂电池，则反向脉冲充电（下文中具体名称为Reflex 快速充电法）除了可以用去极化的角度解释其对温升抑制有帮助以外，马斯理论也作为对脉冲方法的支撑。

而更进一步的，真正将马斯理论全盘运用的，是智能充电方法，即跟踪电池参数，使得充电电流值始终因循锂电池的马斯曲线变化，使得在安全边界以内，充电效率达到最大化。

常见快速充电方法

锂电池的充电方法有很多种，针对快速充电的要求，其主要方法包括脉冲充电、Reflex 充电，和智能充电。

不同的电池类型，其适用的充电方式也不完全相同，在方法这节不做具体区分。

脉冲充电

这是来自文献中的一个脉冲充电方式，其脉冲阶段设置在充电触及上限电压4.2V以后，并在4.2V以上持续进行。

暂且不提其具体参数设置的合理性，不同类型电芯存在差异。

我们关注一下脉冲实施过程。

下面是脉冲充电曲线，主要包括三个阶段：预充、恒流充电和脉冲充电。

在恒流充电过程中以恒定电流对电池进行充电，部分能量被转移到电池内部。

当电池电压上升到上限电压（4.2 V）时，进入脉冲充电模式：用1 C 的脉冲电流间歇地对电池充电。

在恒定的充电时间Tc内电池电压会不断升高，充电停止时电压会慢慢下降。

当电池电压下降到上限电压（4.2 V）后，以同样的电流值对电池充电，开始下一个充电周期，如此循环充电直到电池充满。

在脉冲充电过程中，电池电压下降速度会渐渐减慢，停充时间T0会变长，当恒流充电占空比低至5%～10%时，认为电池已经充满，终止充电。

与常规充电方法相比，脉冲充电能以较大的电流充电，在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除，使下一轮的充电更加顺利地进行，充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小，因而目前被广泛使用。

但其缺点很明显：需要一个有限流功能的电源，这增加了脉冲充电方式的成本。

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。

3）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。

4）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，３Ｃ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。

不同脉冲占空比对脉冲充电的影响

脉冲充电中的负电流放电时间对充电快慢有，一定影响，放电时间越长，充电越慢；

保持相同平均电流充电时，放电时间越长。

从下表可以看出，不同占空比对效率和充入电量有明确的影响趋势，但数值差异不是很大。

与此相关的，还有两个重要参数，充电时间和温度没有显示。

因此，选择脉冲充电优于持续恒流充电，具体选择占空比，则需要重点考虑电池温升和充电时间诉求。

来源：动力电池技术

锂电池脉冲充电为何锂离子电池脉冲充电是提升电池耐用性的关键？

为何锂离子电池脉冲充电是提升电池耐用性的关键？

锂电池快速充电大揭秘