本论文在国家自然科学基金(No.51675258,51261024,51075372)、江西省科技计划项目(No.20141BBE50021)和电池制造企业(鸥瑞智诺能源科技(天津)有限公司)资助下,针对常用充电方法充电时间相对较长,充电效率和电能利用率低,以及存在的极化现象,影响充电速度和电池使用寿命等问题展开研究,课题研究主要包括以下内容:1、研究了磷酸铁锂电池在充放电两种工作状态下的OCV-SOC曲线、不同倍率充放电特性、温度特性以及充放电循环寿命特性。由研究结果可知,充电与放电过程的电池开路电压存在差异,两者的OCV-SOC曲线并不是完全相同的,建模时,需要考虑两者对电池模型参数的影响;充放电初期和末期,电池开路电压变化较快,中期相对缓慢;充电倍率越大,电池端电压上升得越快,放电倍率越大,电池端电压下降得越快,同时充放电倍率越大,端电压变化率也越大,充放电过程电池充入和放出的容量越少;充电倍率越高,电池温度上升得越快,并且随着充电的进行热量呈现累积现象;磷酸铁锂电池使用寿命较长。2、实验分析充放电极化电压和内阻,发现充放电过程极化电压近似相同,而欧姆内阻却相差较大,同时还是一个动态值,基于此,对传统二阶RC电池模型存在的不足进行改进,改进的模型充分考虑了充放电倍率、充放电方式、温度与SOC状态对模型的影响。由二阶RC改进模型建立起极化电压关系式,并讨论了优化极化电压的方法。同时,还研究了极化电压SOC区间特性、充放电极化电压倍率特性、极化电压时间常数、充电方式对极化电压影响特性、极化电压温度特性与极化电压容量损失特性,研究结果可知,极化电压在SOC低值端和高值端变化较大,中端变化较平衡;充放电的电流按倍数增加时,极化电压并不会随之增加相应倍数,而是增加的倍数逐渐变小;同一SOC点浓差极化电压时间常数要比电化学极化电压时间常数大得多,前者需要更长时间来消除;极化电压具有滞后性和超调效应;极化电压越大,电池温度越高;充电过程中,容量损失随着极化电压的增大而增大。3、研究了停歇优化极化电压的SOC区间特性和倍率特性,通过实验分析发现,当停歇时间在某个值内时,停歇得到的极化降电压与SOC区间无关;停歇时间在某个范围值内,停歇得到的极化降电压与充电电流近似线性关系,基于此,建立起停歇时间、充电电流和极化降电压三者的关系。此外,由研究结果可知,停歇时间要选择合适,要既不影响充电的时间效率,又能够很好的降低极化电压。4、研究了放电脉冲优化极化电压的SOC区间特性和倍率特性,通过实验分析发现,当放电脉宽小于某个值时,放电脉冲得到的极化降电压与SOC区间无关;放电脉宽在某个范围值内,放电得到的极化降电压与充电电流并不呈现线性关系,而是出现不规律的现象,基于此,建立起放电脉冲幅值、脉宽和极化降电压三者的关系。此外,由研究结果可知,放电脉冲的幅值和脉宽要选择合适,既不影响充电的时间效率,又能够很好的降低极化电压。5、提出了基于优化极化电压磷酸铁锂电池快速充电方法的充电模式,即阶段升电流充电、优化极化电压大电流充电和新型阶段降电流充电三阶段充电模式。实验结果表明,阶段升电流充电可以很好的优化极化电压,比0.5C标准充电充入更多的容量,同时,让电池提前进入可以接受大电流充电阶段;优化极化电压大电流充电阶段,通过优化极化电压能效地减小极化电压,从而减小电池温升和电能损耗,同时充入更多容量;新型阶段降电流充电,优化极化电压的效果明显要比常规阶段降电流充电要好,同时减小充电对电池的损害,延长电池使用寿命。最后,将优化极化电压磷酸铁锂电池快速充电方法与标准充电、变电流间歇充电方法进行实验对比。实验对比表明,提出的充电方法明显优于标准充电、变电流间歇充电方法,提高了充电效率和电能利用率,充电时间大幅度减少,甚至高出几倍的效率,同时减少了充电对电池的损害。