動力電池四段式充電原理及要點解析

鋰電池在使用中隨著電量的釋放，電壓下降，電池的化學(xué)活性也會降低。為了更好的保護(hù)鋰電池的性能，鋰電池一般會要求充電過程按涓流充電(低壓預(yù)充)、恒流充電、恒壓充電以及充電終止四個階段，進(jìn)行管控。

以某電池常規(guī)型三元鋰電池為例，INR26650-50A電池的標(biāo)稱容量是5000mAh，標(biāo)稱電壓是3.6V(市面上也有標(biāo)3.7V)，放電終止電壓是2.75V，充電終止電壓是4.20V。

鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。

鋰電池的充電方式是限壓恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充電方式是先檢測待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。

標(biāo)準(zhǔn)充電過程為以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為 4.20V。此時，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時，充電結(jié)束。

圖1 鋰電池充電曲線圖

鋰電池充電的四個階段說明

階段1涓流充電——涓流充電用來先對完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)。

階段2恒流充電——當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0-4.2V。

階段3恒壓充電—— 當(dāng)電池電壓上升到4.2V時，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當(dāng)減小到0.01C時，認(rèn)為充電終止。(C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。)

階段4充電終止。

有兩種典型的充電終止方法采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流小于0.02C時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時，持續(xù)充電兩個小時后終止充電過程。

上述四階段的充電法完成對完全放電電池的充電約需要2.5至3小時。高級充電器還采用了更多安全措施。例如如果電池溫度超出指定窗口(通常為0℃至45℃)，那么充電會暫停。 充電結(jié)束后，如檢測到電池電壓低于3.89V將重新充電。