电池充电通常应该完成三个功能：
①尽快使电池恢复额定容量，即在恢复电池容量的前提下，充电时间越短越好；
②消除电池在放电使用过程中引起的不良后果，即修复由于深放电、极化等因素对电池性能的破坏；
③对电池补充充电，克服电池自放电引起的不良影响。
20世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程做了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电曲线，如图4-5所示。试验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为铅酸电池的最佳充电曲线。此后，以此为基础，众多研究人员开展了各种电池的最佳充电曲线和方法方面的研究。
（1）常规充电方法
1）恒流充电法。恒流充电方法是通过调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方式使充电电流强度保持不变的充电方法。该方法控制简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，此时电能不能有效转化为化学能，多变为热能消耗掉了，因此常选用分段电流充电法。恒流充电曲线如图4-6所示。
图4-5 蓄电池的最佳充电曲线
图4-6 恒流充电法曲线
2）恒压充电法。在蓄电池充电过程中，充电电源电压始终保持一定，叫做恒压充电。
式中U——电池的端电压，V；
E——电池电动势，V；
I——充电电流，A；
R——充电电路中内阻，Ω。
由式4-12可知，充电开始时，电池电动势小，充电电流很大，对蓄电池的寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废；充电中期和后期，由于电池极化作用的影响，正极电位变得更高，负极电位变得更低，所以电动势增大，充电电流过小，形成长期充电不足，影响电池的使用寿命。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低、工作电流大时才采用。例如，车辆运行过程中，起动蓄电池就是以恒压充电法充电的。恒压充电法的充电曲线如图4-7所示。
3）阶段充电法。该方法包含多种充电方法的组合，如先恒流充电后恒压充电法、多段恒流充电法、先恒流再恒压最后恒流充电法等。常用的为先恒流再恒压的充电方式，如铅酸电池、锂离子电池常采用该种方式充电。
（2）快速充电方法 为了能够最大限度地加快电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到充满电状态的时间，同时保证蓄电池正负极板的极化现象尽量少或轻，提高蓄电池使用效率，快速充电技术近年来得到了迅速发展。为了使充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线，研究者围绕着最佳充电曲线设计了电池的多种快速充电方法。
1）脉冲式充电法。脉冲式充电是指充电电流或电压以脉冲的形式加在蓄电池两端，如图4-8所示。脉冲快速充电方法的理论基础是通过在充电电流中叠加一定频率、宽度、高度的负脉冲或短时间的中途停充电，降低蓄电池的浓差极化，以加大充电电流，缩短充电时间。
图4-7 恒压充电法曲线
图4-8 脉冲式充电法示意图(www.xing528.com)
该方法是首先用脉冲电流对电池充电，然后停充一段时间，再用脉冲电流对电池充电，如此循环。充电脉冲使电池充满电量，而间歇期使电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少析气量，提高电池的充电电流接受率。
通常在充电初期，由于极化现象不明显，可以采用大电流进行定流充电，使蓄电池在较短时间内充到额定容量的50%～60%。当蓄电池单体电压上升到一定的程度，水开始分解有微量出气时停止充电。停充后，欧姆极化消失，浓差极化也会因扩散而部分消失。为了消除电化学极化的电荷积累，消除极板微孔中形成的气体，并帮助浓差极化进一步消失。停充后应采用放电或反充使蓄电池通过一个与充电方向相反的大电流脉冲，然后再停充（约10ms）。脉冲深度为充电电流的0.5～2倍，脉冲宽度为5～30ms。以后的充电过程就一直按正脉冲充电—停充—负脉冲瞬间放电—停充—再正脉冲充电这种循环过程，直至充满为止。这样就可以使极化程度显著减慢，从而解决快速充电影响蓄电池寿命的问题。
2）变电流间歇充电法。变电流间隙/定电压充电法是在限定充电电压条件下，采用变电流间歇方式加大充电电流，加速充电过程，达到缩短时间、充进更多电量的目的，充电曲线如图4-9所示。
这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量；充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电状态。通过间歇停充，使电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使电池可以吸收更多的电量。
该方法有3个要点：
①限定充电电压，保证加大充电电流不损害电池；
②用间歇分段充电方式加大充电电流值；
③为充进尽可能多的电量应采用逐次减少充电电流值的变电流模式。
图4-9 变电流间歇充电曲线
3）变电压间歇充电法。在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法，充电曲线如图4-10所示。变电压间歇充电法以变电流间歇充电为基础，把变流间歇充电中的变流改为变压，通过间歇停充，使蓄电池化学反应产生的氧气有时间被重新化合吸收掉，从而减小蓄电池的内压，使蓄电池可以吸收更多的电量。变电压间歇充电法与变电流间歇充电方法的不同之处在于充电的第一阶段不是间歇恒流，而是间歇恒压。
图4-10 变电压间歇充电曲线
比较图4-9和图4-10的充电曲线可知，图4-10更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随充电过程逐渐下降的特点。
4）Reflex TM快速充电法。这种技术是美国的一项专利技术，最早主要面对的充电对象是镍镉电池。这种充电方法缓解了镍镉电池的记忆效应问题，并大大缩短了蓄电池快速充电的时间。如图4-11所示，Reflex TM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲、反向瞬间放电脉冲和停充维持三个阶段。与脉冲式充电相比，加入了负脉冲的思想，这种充电方法在其他类型电池上的应用近年也大量开展，用于提高充电速度并降低充电过程中的极化。
图4-11 Reflex TM快速充电法
5）变电压、变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法。综合脉冲充电法、变电流间歇充电法、变电压间歇充电法及Reflex TM快速充电法的优点，变电压、变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种：①脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的；②脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。
图4-12所示的波浪式间歇正负零脉冲快速充电法采用了一种不同于这两者的控制模式，脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，以实现能够在较短时间充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。
图4-12 波浪式间歇正负零脉冲快速充电
（3）充电控制策略的选择原则 在充电控制策略上，成组电池与单体电池存在较大差异。现多采用电池管理系统与充电机通信的方式实现根据电池组中电池单体的典型参数进行充电控制。其基本控制思想是在保证电池组安全的前提下，提高电池组的可利用能量。电池单体参数对于保证充电安全极为重要。因此，充电参数控制策略常采用基于极端单体进行充电参数调整的方法，即根据不同的电池类型，关注电池系统中极端单体电池的参数。锂离子电池电动车辆充电常用参数的优先级原则，由高到低依次为单体最高端电压、单体最高温度、电池组端电压、充电电流，针对不同的工况，需进行总体充电参数调整，将电池组中极端参数控制在限定值范围内。
以锂离子电池为例，用限流恒压方法进行充电，在充电过程中，首先关注检测电池组电池单体电压，如发现有电池单体超过设定的最高允许电压（如4.25V），应降低总体充电限制电压，以控制单体电池电压上升。同时，间隔一定时间检测电池温度，如发现有电池单体温度超过电池组平均温度5℃，应降低充电限制电流，限制电池温度上升率。
在精细化管理和控制的情况下，对于电压上限的调整还可根据电池的充电温度变化进行。如电池温度在较低范围，提高充电电压上限以提高电池组的可充电容量，电池温度在较高的范围内，降低充电电压上限以保证电池的安全。
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