電池是作為最容易使用的能源儲(chǔ)存方式之一，近年來(lái)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如今電池不僅可用于個(gè)人電子設(shè)備、傳統(tǒng)汽油汽車(chē)和不間斷電源（UPS），還被用于電動(dòng)汽車(chē)和新能源的儲(chǔ)能設(shè)備當(dāng)中。然而市場(chǎng)上多樣的電池種類(lèi)給消費(fèi)者甚至是工程師們帶來(lái)選擇電池及充電器的難題。本文將針對(duì)最為普遍應(yīng)用的鉛酸電池和鋰電池作比較，以及提供如何選擇相匹配充電器的方式。

鉛酸電池及鋰電池的特性

鉛酸電池是使用最為廣泛，歷史最長(zhǎng)的充電電池之一。主要的優(yōu)勢(shì)在于其可接受略高于自身開(kāi)路電壓的充電電壓，可提供瞬間的高電流，較寬的使用溫度及低廉的價(jià)格。由于其較高的可靠性，常常被用在汽車(chē)或UPS系統(tǒng)當(dāng)中。鉛酸電池的缺點(diǎn)在于其自身的放電速率高，壽命短，因此不適合用于長(zhǎng)期儲(chǔ)能。

與鉛酸電池相反，鋰電池的高充放電速率、高能量密度和低自放電速率使其受到儲(chǔ)能應(yīng)用的青睞。根據(jù)正極所使用的不同的材料，鋰電池可被劃分成多個(gè)種類(lèi)。各種鋰電池皆有其特點(diǎn)。如鈷酸鋰（LCO）電池具有較高的能量密度，適用于個(gè)人電子設(shè)備。磷酸鋰鐵（LiFePO4）電池則有較長(zhǎng)的使用壽命且溫度較穩(wěn)定，所以常被用作儲(chǔ)能應(yīng)用。鋰電池最大的缺點(diǎn)則是其容易在使用中溫度過(guò)高而導(dǎo)致燃燒，所以更需要謹(jǐn)慎地控制充放電的過(guò)程。

充電方式

單一的鉛酸電池額定電壓通常在1.8至2.3V。推薦的最大充電電流為0.3C。大部分的市售電池是由多個(gè)單元電池并聯(lián)和串聯(lián)組成的。常見(jiàn)的電池電壓為12V、24V和48V。注意電池所標(biāo)示的電壓數(shù)為其工作電壓范圍的概數(shù)。電池的電壓是和其剩余電量成正比的。例如12V的AGM鉛酸電池，其開(kāi)路電壓約為10.8V （約30%電量）至13.8V(約100%電量)。

由于鉛酸電池的自放電速率較高，所以通常需要使用三段式充電。充電循環(huán)的第一階段為恒流充電（圖一‘stage 1’），該階段充電器會(huì)逐漸提高輸出電壓以保證持續(xù)輸出額定的最高電流快速充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到充電器所設(shè)置的脈沖電壓時(shí)，充電器就會(huì)轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式（圖一‘stage 2’），充電器在該階段會(huì)輸出恒定的脈沖電壓并監(jiān)測(cè)輸出電流。輸出電流隨電池電量的增長(zhǎng)會(huì)逐漸降低，電流降低至額定電流的約10%時(shí)，充電器進(jìn)入浮充模式（圖一 ‘stage 3’），充電器自動(dòng)降低輸出電壓到事先設(shè)定的浮充電壓，從而保證電池不過(guò)度充電。此時(shí)充電已基本完成，但是鉛酸電池還是會(huì)持續(xù)拉電以彌補(bǔ)自放電的消耗。

三段式充電曲線(xiàn)明緯電源

三段式充電曲線(xiàn)

單一的鋰電池額定電壓可在3.2 V 到4.4V之間。最大充電電流可達(dá)1C。需注意不同廠商生產(chǎn)的相同化學(xué)成分鋰電池也往往有不同的額定電壓及電流?？蛻?hù)需根據(jù)電池規(guī)格為準(zhǔn)。與鉛酸電池不同，鋰電池不接受高于自身額定電壓的充電壓且自放電速率極低。因此鋰電池常選用無(wú)浮充模式的二段式充電（圖二）

明緯電源充電器二段式充電曲線(xiàn)

二段式充電曲線(xiàn)

單元電池的不平衡是高電量鋰電池的一大問(wèn)題。由于生產(chǎn)時(shí)無(wú)法保證電池的完全一致，單元電池會(huì)有不同的等效串聯(lián)電阻（ESR）。有較小ESR的單元電池會(huì)最快充飽或放完電，所以也會(huì)最快衰退并報(bào)廢。單元電池的不平衡不僅會(huì)大大縮短整個(gè)電池的壽命，且有可能導(dǎo)致電池過(guò)熱并造成安全隱患。為解決這一問(wèn)題，高電量的鋰電池均需要配備電池管理系統(tǒng)（BMS）。BMS的基本功能為監(jiān)測(cè)單元電池的荷電狀態(tài)并平衡各單元電池。平衡電池的方式分為被動(dòng)平衡與主動(dòng)平衡。被動(dòng)平衡是給相對(duì)電量較高的電池放電。主動(dòng)平衡則是通過(guò)給每個(gè)單元電池單獨(dú)充電以確保相同的荷電狀態(tài)。運(yùn)用主動(dòng)平衡方式的BMS往往僅需使用恒壓電源充當(dāng)其充電器，無(wú)需前文所提到的充電曲線(xiàn)功能。

明緯充電器方案

同前文所述，不同化學(xué)成分的電池，甚至不同的生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的相同成分之電池皆有不同的特性，為確保電池的可靠性、持久性與安全性，充電器的充電曲線(xiàn)需要搭配相對(duì)應(yīng)的電池特性。明緯可程序設(shè)計(jì)充電器可搭配程序編輯器SBP-001提供彈性的解決方案，以應(yīng)對(duì)不同電池的充電曲線(xiàn)要求。

以近期推出的HEP-1000系列為例。HEP-1000-48的出廠設(shè)定為48V，最高1008W的恒壓電源，可用于配備有主動(dòng)平衡BMS的鋰電池。用戶(hù)另外可連接程序編輯器SBP-001和使用相應(yīng)軟件更改為充電模式；默認(rèn)的充電曲線(xiàn)為適用于鉛酸電池的三段式充電(圖三)，脈沖電壓為57.6V，浮充電壓為55.2V。充電電壓及電流可透過(guò)軟件更改到36至60V與3.5至17.5A之間，以滿(mǎn)足其他類(lèi)型的鉛酸電池需要。

明緯電源HEP-1000-48 三段式充電軟件接口

HEP-1000-48 三段式充電軟件接口

用戶(hù)只需要在軟件中選擇二段式充電模式，HEP-1000-48便可用于鋰電池充電，可調(diào)整的電壓及電流范圍不變。例如給一顆20Ah，最大充電電壓為56V的磷酸鋰鐵電池充電，使用者可將圖四所示的‘CV’及‘CC’選項(xiàng)調(diào)至56V及17.5A。如此可得到最快速的充電方案。使用者也可以選擇較低的恒流點(diǎn)避免高電流導(dǎo)致的高溫和較低的恒壓點(diǎn)以保證不會(huì)過(guò)度充電。

明緯電源HEP-1000-48 二段式充電軟件接口