如何实现对锂离子电池充放电保护？需注意哪些事项？

一、常识普及

1、记忆效应：镍氢充电电池上常见的现象。具体表现就是：假如长期不充满电就开始使用电池的话，电池的电量就会明显下降，就算以后想充满也充不满了。所以保养镍氢电池的重要方式就是：电必须用完了才能开始充电，充满了电了才允许投入使用。现在常用的锂离子电池的记忆效应是可以小到忽略不计的。

2、完全充电，完全放电：是针对锂离子电池来说的。完全放电就是指把用电智能设备，如手机，调整到最低功率状态耗去电量直到手机自动关机的过程。完全充电就是指把完全放电的用电智能设备，如手机，接到充电器上直到手机上提示充满的过程。

3、过度放电：是针对锂离子电池来说的。完全放电后锂离子电池内部还会留有少量电量，但这部分电量关于锂离子电池的活性和寿命至关重要。过度放电：完全放电后，假如继续采用其它方式，如：强行再次开启手机、电池接小灯泡耗费残留电量的话，这叫过度放电，会对锂离子电池造成不可逆转的伤害。

4、保护芯片：锂离子电池对充放电时对接入的电流电压有极为严格的要求，为了保护电池不因为外界电环境失常而损坏，电池本体内部会设置管理电池工作状态的芯片。这个芯片同时还有记录电池容量，校正电池容量的功能。现在，就算是山寨手机电池也是不会节省这个关键的保护芯片的，不然山寨手机电池根本不可能用很久。

5、过冲过放保护电路：用电智能设备内置的全面管理电池工作的芯片及电路。比如手机上，就有这样的电路，大概功能如下：(1)充电时，供应最合适的电压电流给电池。在合适的时机停止充电。(2)不充电时，时刻检查电池残留电量，在合适的时机命令手机关机，防止过度放电。(3)开机时，检查电池是否已被完全放电，假如已被完全放电，则提示用户充电，然后关机。(4)防止电池或充电线电力异常，发现异常时断开电路，保护手机。

6、过度充电：是针对锂离子电池来说的。正常情况下，锂离子电池充到一定电压(也就是充满)就会被上级电路截断充电电流，但由于某些设备内置的过冲过放保护电路的电压电流参数不同(如手机电池座充)，导致虽已充满，但还未停止充电的现象。过度充电也会导致电池性能伤害。

7、激活：锂离子电池长期(三个月以上)不使用，会出现电极材料钝化，电池性能下降，可以采用三次完全充电、完全放电来解除纯化，发挥出电池的最高性能。

锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是一种理想电源。在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。

因此如何在充电时将锂离子电池组使用好显得尤为关键，现将锂离子电池组常用的几种充电方法以及本人认为的最适合的充电方法试述如下：

普通的串联充电

目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，这重要是因为串联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电，假如继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。

而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统(BatteryManagementSystem，简称BMS)，通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护。串联充电时，假如有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电。

经过多年的发展，磷酸铁锂动力锂电池由于具有较高的安全性、很好的循环性能等优势，已经基本能满足电动汽车特别是纯电动轿车的要求，工艺上也基本具备了大规模生产的条件。然而，磷酸铁锂离子电池的性能与其他锂离子电池存在着一定的差异，特别是其电压特点与锰酸锂离子电池、钴酸锂离子电池等不同。以下是磷酸铁锂与锰酸锂两种锂离子电池的充电曲线与锂离子脱嵌对应关系的比较：

图1锰酸锂离子电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系

图2磷酸铁锂离子电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系

从上图的曲线不难看出，磷酸铁锂离子电池在快充满电时，锂离子几乎完全从正极脱嵌到负极，电池端电压会快速上升，出现充电曲线的上翘现象，这样会导致电池很容易达到过充电保护电压。因此磷酸铁锂离子电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂离子电池组而言会更为明显。

另外，虽然有些电池管理系统带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流，因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况，这关于要大电流充电的锂离子电池组，例如电动汽车用的锂离子电池组而言则更为明显。

例如，将100只放电容量都为100Ah的锂离子电池串联起来组成电池组，但假如成组前其中99只单体锂离子电池荷电80Ah，另外1只单体锂离子电池荷电100Ah，将此电池组进行串联充电时，其中荷电100Ah的那只单体锂离子电池会先充满电，从而达到过充保护电压，为了防止这只单体锂离子电池被过充电，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，也就使得其他99只电池无法充满电，从而整个电池组放电容量也就只有80Ah。

一般电池厂家出厂时测试容量时是将单体电池先恒流充电再恒压充电，然后恒流放电从而测出放电容量。一般放电容量约等于恒流充电容量加上恒压充电容量。而实际电池组串联充电过程中对单体电池而言一般没有恒压充电过程，所以恒压充电容量就会没有，电池组容量就会小于单体电池容量。而一般充电电流越小，恒压充电容量比例越小，电池组损失容量越小，因此又发展出了电池管理系统和充电机协调配合串联充电的模式。

电池管理系统和充电机协调配合串联充电

电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更加有效地解决电池的充电时出现一些的问题，其原理图如下。

图3动力锂离子电池系统集成方法

图4锂离子蓄电池系统基础体系

图5BMS和充电机协调配合串联充电示意简图

电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算;充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享。电池管理系统将总电压、最高单体电池电压、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机，充电机就能根据电池管理系统供应的信息改变自己的充电策略和输出电流。

当电池管理系统供应的最大允许充电电流比充电机设计的电流容量高时，充电机按照设计的最大输出电流充电;当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出;当充电电流大于最大允许充电电流时，充电机开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机，防止发生事故，保障充电的安全。

在该充电模式下，既完善了电池管理系统的管理和控制功能，又能使充电机根据电池的状态，实时地改变输出电流，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，电池组的实际放电容量也要大于普通的串联充电方法，但是这种方法还是解决不了电池组中某些电池充不满电的问题，特别是当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时。

并联充电

为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题，又发展出了并联充电的办法，其原理图如下。

图6并联充电示意简图

但是并联充电方法要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法。

因此，关于锂电池如何充电，我们一起来看看下面这几个问题。

一、如何防止锂电池过充过放

由于锂离子电池具有较高的能量比，所以要控制好不能让电池出现过充，过放的现象。过放会导致活性物质的恢复困难，如果接着直接进入快速冲电模式(大电流)，这样就会损害电池，影响使用寿命附带着可能带来隐形危险。

虽然目前锂离子电池在应用中都带有保护板，在正常的情况下，发生过放的几率会很小，但没有更精准的保护，在以下的情况还是可能带来过放的隐患。

1、保护板失效。

2、长时间放置(5%~10%/月)的自放电率。

因此如果有更精确的系统来监测并第一时间让车主了解电池情况，是治理锂电池过放电最好的方法。

二、如何控制好充电电流

以单体锂离子电池为例，它的充电方式包括恒流、恒压充电，虽然大电流的充电会缩短充电时间，但也会造成电池生命周期的缩短和容量的降低，因此应该选择合适的恒流值进行充电。