十二种锂电池充放电方式曲线对比

一路上

前言

锂电池在使用过程中必然会进行充电和放电，合理的充放电方式既能减轻锂电池的损伤程度，又能充分发挥锂电池的性能，具有重要的应用价值。

如《GB/T 31484-2015：电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》中规定的锂电池循环寿命测试充放电流程是：1）充电：以1C恒流充电至终止电压，然后恒压充电至0.05C；2）放电：以1C恒流放电至终止电压。

附图1：GB/T 31484-2015循环寿命测试方法

又如《GB/T 18287-2013：移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》中规定的锂电池循环寿命测试充放电流程是：1）充电：以恒定电流充电至限制电压，然后恒压充电至0.1C；2）放电：以0.2C恒流放电至终止电压。

附图2：GB/T 18287-2013循环寿命测试方法

由此可见，无论是动力电池还是消费电池，行业和标准建议的锂电池充电方式为恒流恒压充电，放电方式为恒流放电。

第一部分：充电方式（Charge Methods）

除了标准要求的CC-CV充电方式外，锂电池还可以进行CC充电、CV充电、CP充电、CP-CV充电等。

1.恒流充电（CC）

恒流充电（Constant Current Charge，简称CC Charge），充电全过程中电流恒定不变，电压逐渐升高。
建议：允许使用。

附图3：恒流充电曲线

2.恒压充电（CV）

恒压充电（Constant Voltage Charge，简称CV Charge），充电瞬间电压达到设定值，电流处于峰值状态。如下图，锂电池放电至3.0V后，4.2V恒压充电瞬间电流达到17.5C左右，随后电流逐渐降低，达到设定值后充电结束。
建议：禁止使用。

附图4：恒压充电曲线

3.恒流恒压充电（CC-CV）

恒流恒压充电（Constant Current and Constant Voltage Charge，简称CC-CV Charge），这种充电方式就是CC充电和CV充电的结合，充电过程中电流先保持恒定不变，当电压充电至上限电压后，再保持电压恒定不变，最后电流逐渐减小至设定值后充电结束。
建议：允许使用。

附图5：恒流恒压充电曲线

4.恒功率充电（CP）

恒功率充电（Constant Power Charge，简称CP Charge），在充电过程中保持功率不变，由于充电时电压逐渐增加，因此电流会逐渐降低。
建议：允许使用。

附图6：恒功率充电曲线

5.恒功率恒压充电（CP-CV）

恒功率恒压充电（Constant Power and Constant Voltage Charge，简称CP-CV Charge），是恒功率充电和恒压充电的组合方式，先以恒功率充电至终止电压，然后保持电压恒定，当电流减小至设定值后充电结束。
建议：允许使用。

附图7：恒功率恒压充电曲线

第二部分：放电方式（Discharge Methods）

除了标准要求的CC放电方式外，锂电池还可以进行CV放电、CC-CV放电、CP放电、CP-CC-CV放电、CR放电、CR-CV放电等。

1.恒流放电（CC）

恒流放电（Constant Current Discharge，简称CC Discharge）是锂电池最常见的放电方式，放电全过程中电流保持恒定不变，电压逐渐减小至终止电压，放电结束。
建议：允许使用。

附图8：恒流放电曲线

2.恒压放电（CV）

恒压放电（Constant Voltage Discharge，简称CV Discharge），放电瞬间电压达到设定值，电流处于峰值状态。如下图，设定锂电池恒压放电至3.0V，放电瞬间电流达到30C-35C，随后电流逐渐降低，达到设定值后放电结束。
建议：禁止使用。

附图9：恒压放电曲线

3.恒流恒压放电（CC-CV）

恒流恒压放电（Constant Current and Constant Voltage Discharge，简称CC-CV Discharge）是CC放电和CV放电的组合方式，先以恒定电流放电至终止电压后，保持电压不变，然后电流逐渐减小至设定值，放电结束。
建议：允许使用。

附图10：恒流恒压放电曲线

4.恒功率放电（CP）

恒功率放电（Constant Power Discharge，简称CP Discharge），在放电过程中保持功率不变，由于放电时电压逐渐减小，因此电流会逐渐增加。
建议：允许使用。

附图11：恒功率放电曲线

5.恒功率恒流恒压放电（CP-CC-CV）

恒功率恒流恒压放电（Constant Power and Constant Current and Constant Voltage Discharge，简称CP-CC-CV Discharge）是CP、CC和CV三阶组合放电模式，即先以恒功率放电至终止电压，当CP结束时电流大于下一阶段CC电流时，此时CC放电电压会先回升再减小至终止电压，然后电压恒定至电流减小至设定值，放电结束。
建议：允许使用。

附图12：恒功率恒流恒压放电曲线

6.恒阻放电（CR）

恒阻放电（Constant Resistance Discharge，简称CR Discharge）相当于外接一个电阻，根据U=I*（R外+DCR），由于外接电阻足够大，恒阻放电过程中电流值随着电压减小而逐渐降低。
建议：允许使用。

附图13：恒阻放电曲线

7.恒阻恒压放电（CR-CV）

恒阻恒压放电（Constant Resistance and Constant Voltage Discharge，简称CR-CV Discharge），是CR放电和CV放电的组合方式，即先以恒电阻放电至终止电压，然后保持电压恒定不变，当电流减小至设定值后放电结束。
建议：允许使用。

附图14：恒阻恒压放电曲线

综上所述，锂电池的充放电方式具有多样性，但归根结底是以CC（恒流）、CV（恒压）、CP（恒功率）或CR（恒阻）作为基础的单步式或组合式流程，这些充放电方式电流电压变化情况参考下表。

附表1：不同充放电方式电流电压变化情况对比

目前，锂电池主流的充电方式仍然以CC-CV方式为主，这是因为锂电池存在极化现象（即时电压并非稳态电压），在CC阶段，电流较大，充电速度快，电压上升到上限电压后，保持恒定电势，外电路电子与Li+在负极汇集反应，随着负极嵌锂进行，活性位点减少，参与反应的电子数量变少，电流逐渐降低，当电流降低为0时（理想情况），极化完全消除，锂电池为满电状态。但在放电过程中锂电池通常采用CC模式，可能是为了更方便计算容量或估算SOC，实际工况下以恒功率放电居多。

总结

锂电池充放电方式选择应考虑数据处理的便捷性、充/放效率以及对锂电池内部损伤风险，既要充分发挥锂电池的性能，又要快速、准确的检测。目前，锂电池以CC-CV充电模式和CC放电模式检测为主，但在终端实际使用工况下，以CP模式为主。

作者：悠游遁思