银杉蓄电池非恒流恒压充电控制方法

摘要：当下，锂电池的主流充电办法恒压 - 恒流充电，并未良好地改进电池欠充的状况，并且充电开始阶段充电电流数值单一，没办法达成安全、快速、高效的充电需求。此设计推导出一种非恒流 - 恒压充电模式，于充电前期依照电池的不同电压范畴采用相应的充电电流，而在充电后期依据电池电压范围规划不一样的恒压充电数值，进而解决电池欠充问题，达成安全、快速、高效的充电目的。

关联词：恒压充电 恒流充电  锂电池

0 引言

电池在放电之后，会采用直流电，按照与放电电流相反的方向，使其通过电池，以此让它恢复工作能力，这样一个过程，便是所谓的电池充电。当电池处于充电状态时，电池的正极会与电源的正极相连接，而电池的负极则会与电源的负极相连接，并且充电电源的电压必然高于电池的总电动势。充电的方式存在恒电流充电以及恒电压充电这两种 。

保持充电电流强度不变的充电方法，是恒流充电法，它是通过调整充电装置输出电压，或者改变那与蓄电池串联电阻的办法来达成的。其控制方法较为简单，然而，鉴于电池的可接受电流能力，会随着充电过程的持续推进而逐步下降，到了充电后期，充电电流便较多用于电解水因而产生气体，致使出气过于厉害，所以，常常选用阶段充电法。

恒压充电时，充电电源电压在全部充电时间整体会维系恒定数值，蓄电池端电压会渐渐升高，电流会慢慢减少。和恒流充电法相较，其充电进程更趋近于最佳充电曲线。运用恒定电压实现快速充电，在充电开始阶段，因蓄电池电动势较低，充电电流极大，随着充电持续推进，电流会逐步降低，所以，仅需简易控制系统。

1 锂电池主流充电方法

锂离子电池进行充电时，过程能够划分成四个阶段 ，分别是涓流充电 ，也就是低压预充 ，还有恒流充电 ，再者恒压充电 ，以及充电终止 。

特定的充电电流，特定的充电电压，是锂电池充电器的基本要求，借此保证电池安全充电。为改善电池寿命，简化充电器操作，增加了其它充电辅助功能，这其中涵盖给过放电的电池运用涓流充电，进行电池电压检测，设置输入电流限制，在充电完成后关断充电器，以及在电池部分放电后自动启动充电等 。

恒流充电开始的时候，充电电流远远小于动力电池能够接受的充电电流，所以导致前期充电的时间比较长，在充电的后期阶段，充电电流又比动力电池可以接受的充电电流大，致使电池温度急剧上升，对电池寿命产生影响。恒压充电法存在不足之处，充电初期这样一种情况，充电电流过大，这种过大的电流很可能超过电池可接受的最大充电电流值，进而对电池寿命造成不利影响，并且容易致使电池极板弯曲，最终造成电池报废；然而充电末期又是另一种状况，因为电池电动势的回升，使得充电电流非常小，这容易引发电池的欠充问题 。

恒流恒压充电法，避免了充电初期阶段充电电流过大的情况，还避免了充电末期容易造成过充的缺点，然而，它并没有将欠充的问题很好地改善，并且，充电初期阶段充电电流值单一，没办法实现安全、快速、高效的充电。为此，本文提出一种变恒流恒压充电控制方法。

2 变恒流恒压充电控制

一种充电方式不是恒流 - 恒压的，它在充电开始的前期阶段，会依据电池处于不同的电压范围，采用合适的对应充电电流，在这之后的充电末期阶段，又会按照电池的电压情况，采用相应的对应充电电压，这种充电方式的充电控制曲线呈现为像下面图1所展示的那样 。

展现出变化态势的图1，转变成为恒流以及恒压的充电曲线 。

锂电池充电的初期时期，也就是处于涓流充电阶段，此阶段充电电流较小，并且一直保持不变。这便是恒流充电阶段，随着充电持续进行，电压会渐渐上升，当上升至大电流充电范围的时候，充电器就马上转入第二阶段，也就是变恒流充电阶段，在这一阶段当中，充电机依据电池的反馈信息，快速地把充电电流调整到合适的值。电流的调整方式是，从最初设定的最大电流值I1开始，呈阶梯式逐渐减小，直至合适的充电电流值，充电电压保持逐渐上升，当电流值降到最小设定值时，充电机进入第三阶段也就是变恒压充电阶段，如图1所展示，充电电压略小于变恒流充电时的上限电压(U1f)，在这一阶段，充电电压保持不变，充电电流逐渐减小，直到小于设定值I2f，充电机进行恒电流充电，充电电压略小于恒流充电时的上限电压(U2f)时，充电电压保持不变，充电电流逐渐减小，直到电流小于I1f，结束恒压充电。至此，整个充电过程结束。

3 实验过程与结果

整个充电装置涵盖多个部分，有充电控制模块。除此，还有电池端电压采样模块 ，以及充电电流采样模块 ，另外还有锂电池模块 。充电控制模块包含烧录于MCU的、一种控制充电逻辑算法 ，伴随数据存储模块等 。电压采样模块的作用是实时采样 ，采样连到充电装置上的电池两端电压 。电流采样模块用于采样 ，采样充电时充电回路的电流值 。

充电控制模块运用的是BUCK降压式控制拓扑结构，电流与电压借助电阻分压等形式，直接经由进入MCU的AD采用口，锂电池选用的是18650 2.6Ah电芯，其串并方式是6并8串，标称电压为29.6V/28.8V，电压范围处于24V至33.6V之间，标称容量是15.6Ah。

MCU 所控制的充电方式呈现这样的情况，即首先要检测那有待充电的电池的电压，倘若该电压是低于 28V 的，那么就要先开展预充电，此充电电流是设定电流的 1A，当电压提升到 28V 之后，便会进入标准充电的过程。标准充电进程，是以设定电流展开恒流充电，恒流存有3个阶段。其一是小于31V，此时充电电流为15.6A；其二是小于32V，充电电流为11.7A；其三是小于32.5V，充电电流为7.8A。当电池电压升至32.5V时，便变更为恒压充电，且持续保持充电电压为33V。当充电电流降低至1A时，充电电压设定为33.6V。当电流降低至0.8A时，充电作业宣告结束。

开展实验时，选用了初始电压是27V的电池来充电，运用传统的恒流恒压模式进行充电，相关信息指的便是该情况，其中充电电流为7.8A呈现出特定数值，当充电机显示已充满时，总共耗费时长达2小时16分钟方可达成，在这一时刻，将充电机拨开，再使用万用表去测量电池端电压的数值为33.1V；若采用本论文所提出的变恒流恒压充电方式，充电电流等各项设定如同上述所表达的那般，当充电机显示充满之际，总共耗时仅为1小时36分钟便可完成任务，在到达此时间节点时，把充电机拨开，而后用万用表测量电池端电压的数值为33.5V 。

4结论

不当的充电策略，不仅会引发电池损坏、寿命缩短这类状况，与此同时，还会致使电池充电时间冗长以及出现欠充问题。本文给出一种非恒流 - 恒压的充电方式，于充电前期之时，依据电池各异的电压范围，采用相应的充电电流，而在充电末期，依照电池电压范围，设计不同的恒压充电值。从实验数据方面来看，其充电时间相较于传统的恒流恒压充电方法，有显著减少，并且也妥善解决了电池欠充问题，借此达成电池安全、快速且高效地充电。