關(guān)于鋰電池充放電特性分析和測試探討

陳錦棠

（廣東金萊特電器股份有限公司，廣東江門 529000）

關(guān)于鋰電池充放電特性分析和測試探討

陳錦棠

（廣東金萊特電器股份有限公司，廣東江門 529000）

與傳統(tǒng)的鉛電池相比，鋰電池具有較好的能量質(zhì)量比、自放電率低、使用壽命長的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代儲(chǔ)能裝置的首選電池。為了推動(dòng)鋰電池的安全使用，需要確定鋰電池的充放電特性，從而為鋰電池的科學(xué)應(yīng)用提供依據(jù)。

鋰電池；充放電特征；測試

鋰電池充放電特征測試最早的方法是通過監(jiān)視電池開路電壓來確定剩余容量。這主要是由于電池電壓和剩余容量之間存在這密切的聯(lián)系，通過測量電池端電壓就能夠估算出剩余容量。但是這樣方法存在的不足之處在于∶①不同廠家生產(chǎn)的電池，其開路電壓與容量之間的關(guān)系有較大的差異[1]；②只有通過電池空載電壓才能確定剩余容量，但是大部分設(shè)備都需要在使用時(shí)觀察剩余電量。負(fù)載電流若內(nèi)阻出現(xiàn)壓降現(xiàn)象，很可能對開路電壓測量的準(zhǔn)確性造成影響。且電池內(nèi)阻具有較強(qiáng)的離散型，隨著電池使用時(shí)間的增加，這種離散性將逐漸增大。因此如何減小壓降帶來的誤差是目前有待解決的重要問題[2]。通過對鋰電池充放電特征的觀察，并給予相應(yīng)的測試方法，為鋰電池的充放電測試提供有效的檢測方法。

1 鋰電池的充電特性

鋰電池對電壓準(zhǔn)確性的要求較高，誤差超過1%就可能造成電池的損壞。使用比較普遍是額定電壓為3.7V的鋰電池，該電池的終止電壓為4.2V。目前，市面中的鋰電池多采用恒流恒壓充電模式，充電過程中的電流不便，而充電初始階段的電壓較低，隨著充電時(shí)間的增加，電壓逐漸升高至4.2V，然后會(huì)轉(zhuǎn)入恒壓充電，電壓波動(dòng)一般低于1%，充電電流逐漸減小。當(dāng)電流下降至某一范圍后，會(huì)進(jìn)入涓流充電模式[3]。涓流充電也就是人們常說的維護(hù)充電，在該狀態(tài)下，充電器會(huì)保持某一速率給電池補(bǔ)充電荷，并最終使鋰電池充滿。

2 鋰電池的放電特性

2.1 鋰電池的放電特性

鋰電池在放電時(shí)的電流不能過大，否則可增加內(nèi)部熱量，從而對電池造成不可逆性損傷；此外，電池電壓在低于放電終止電壓后仍舊放電，會(huì)出現(xiàn)過放現(xiàn)象，導(dǎo)致電池出現(xiàn)損壞。在不同的放電條件下，電池電壓的變化也各有不同[4]。放電率越高，而電池的電壓也就越低。若采用0.2C放電速率，電池電壓可能降低至2.75V，可放出額定電量。采用1C放電速率，則能夠放出電池額定電量的98%。

2.2 鋰電池的充放電測試

2.2.1 鋰電池充電測試

為了測量鋰電池的充電特性，本次研究將10節(jié)單體鋰電池串聯(lián)后采用標(biāo)準(zhǔn)電池充電測試方法，觀察其充電特性。根據(jù)鋰電池生產(chǎn)廠商推薦的充電方式進(jìn)行充電，即采用1A恒流電流充電，當(dāng)電壓達(dá)到4.2V時(shí)，電壓不變，觀察電流變化，當(dāng)電流低于100mA時(shí)，充電結(jié)束。

實(shí)驗(yàn)步驟如下∶將電路連接完畢后，為了保障用電安全，在開來充電電源前不能閉合主電路開關(guān)。調(diào)試并連接采集電路，設(shè)置每分鐘采集1次數(shù)據(jù)。打開采集電路電源后將電腦打開，準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)；打開電源后觀察電池的端電壓，當(dāng)達(dá)到4.2V后改為恒壓模式，直至充電結(jié)束，表1為鋰電池充電實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)。

表1 鋰電池充電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.2 鋰電池放電測試

鋰電池放電也就是指能量釋放，放電過程即將電池與充電器斷開，轉(zhuǎn)而連接放電負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)電池放電。但是放電同樣也是有一定要求的，本次研究使用鋰電池最大放電電流為1A，若超過這一標(biāo)準(zhǔn)，很可能出現(xiàn)過熱問題。為了避免這一問題的出現(xiàn)，本次測試采用恒電阻負(fù)載，即使用10Ω的電阻放電，根據(jù)歐姆定律可知，本次測試的放電電流倍率為1/3C。實(shí)驗(yàn)步驟同充電，文章就不一一敘述。實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)為表2。

表2 鋰電池1/3C放電測試數(shù)據(jù)

從表2可以得出，在電池放電之后電壓會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢，這一過程也就是電池極化的阻容。在此過程中，突加負(fù)載出現(xiàn)了零狀態(tài)響應(yīng)狀態(tài)，在此過程后電池的電壓會(huì)逐漸下降，在電池持續(xù)放電的30min，電壓下降至2.8V。正是由于電池放電導(dǎo)致端電壓下降，導(dǎo)致開路電壓法在測定電池剩余容量時(shí)出現(xiàn)了較大的問題。但是這種特性也是與其他電池相比的所具有的優(yōu)勢，有助于保障電池實(shí)際使用的性能。

3 結(jié)論

在大力推廣綠色低碳理念時(shí)代，應(yīng)用高效環(huán)保的能源是時(shí)代的主流趨勢。鋰電池與其他電池相比具有能量質(zhì)量比高、無記憶效應(yīng)、使用壽命長的優(yōu)勢，使得其在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，對于現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)具有重要影響。通過對鋰電池充放電特征進(jìn)行觀察，并為鋰電池測試提供了科學(xué)的方法。

[1] 彭佳悅，劉亞利，黃杰等.鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題（Ⅺ）——鋰空氣電池與鋰硫電池[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2014，3（5）∶526-543.

[2] 程廣明，胡海兵，邢巖，等.電動(dòng)汽車鋰電池快速充電特性的研究[J].電力電子技術(shù)，2016，50（6）∶88-90.

[3] 萬光芬，梁志珊.基于非線性控制PWM整流器的鋰電池充放電技術(shù)[J].電源技術(shù)，2013，37（7）∶1140-1143.

Discussion on the Analysis and Testing of Charge and Discharge Characteristics of Lithium Batteries

Chen Jin-tang

Compared with the traditional lead battery，the lithium battery has the characteristics of good energy-to-mass ratio，low self-discharge rate and long service life.It becomes the preferred battery of modern energy storage device.In order to promote the safe use of lithium batteries，lithium batteries need to determine the charge and discharge characteristics，so as to provide the basis for the scientific application of lithium batteries.

lithium battery；charge and discharge characteristics；test

TM912

B

1003-6490（2017）02-0136-02

2017-02-06

蒲艷玲（1970—），女，甘肅隴南人，高級工程師，主要從事化工實(shí)驗(yàn)工作。

收稿日期：2017-01-20

作者簡介： 陳錦棠（1987—），男，廣東佛山人，助理工程師，主要從事電池研發(fā)，測試，品質(zhì)控制工作。