锂电池等效电路建模与荷电状态估计
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1.2.4 锂电池的分段充电

锂电池的分段充电能够保证电池快速充满又不过充电,对长期充不满又放不完的电池起到一定修复作用。目前锂电池主要的充电方式有两种,主要为恒流充电模式和恒压充电模式,无论是恒流充电模式还是恒压充电模式,其充电方式主要可以分为四个阶段来实现:涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电以及充电终止。锂电池的充电大多数由IC芯片控制,具体的充电过程如下:首先检测待充电锂电池的实际电压,如果电压低于3V,就需要先进行预充电,这时充电的电流一般为设定电流的十分之一,直到电压稳步上升到3V以后,再进入标准的充电过程;标准的充电过程为先以设定电流进行恒流充电,待电池电压上升到4.2V时,再改为恒压充电,即使电压持续为4.2V进行充电;充电一段时间后,充电电流逐渐下降,当下降至设定电流的十分之一时,充电过程结束。

第一阶段:涓流充电。主要针对完全放电的电池单元进行预充电(恢复性充电),即在电池电压低于3V时采用涓流充电。涓流充电电流是恒流充电方式下电流的十分之一,即0.1C(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,例如电池的容量是1000mA·h,则1C就代表充电电流为1000mA)。

第二阶段:恒流充电。当电池的电压上升到涓流充电阈值以上时,则提高此时的充电电流进行恒流充电。一般情况下恒流充电的电流在0.2~1.0C。此时锂电池的电压也会随着恒流充电过程逐渐上升,一般情况下单节电池设定的电压为3.0~4.2V。

第三阶段:恒压充电。当锂电池的电压上升到4.2V时,恒流充电阶段结束,开始恒压充电阶段。这时电流的变化会根据电芯饱和程度而决定,随着充电过程的进行,充电电流从最大值慢慢地减少,当减小到0.05C时,则认为充电终止。

第四阶段:充电终止。充电终止的典型方法主要有两种。第一种方法采用最小的充电电流来判别或采用定时器(或者两者相互结合)。用最小电流法来监视恒压充电阶段的充电电流,并当充电电流减小到0.05C(或者取0.02~0.07C范围内的值)时就终止充电。第二种方法采用的是计时法,以恒压充电阶段开始的时间为初始时间,连续充电2h后终止充电过程。

完全放电的电池完成以上四个阶段的充电需要2.5~3h。充电结束后,如果检测到电池电压低于3.89V将重新充电。