鋰離子動力電池充放電特性的試驗分析

朱攀峰

（ 哈爾濱遠達通科技有限公司，黑龍江 哈爾濱150028）

隨著電動汽車、 混合動力汽車以及插電式混合動力汽車等汽車的不斷發(fā)展，鋰離子是電動汽車中的關(guān)鍵元件，直接影響汽車運行的狀態(tài)。 分析鋰離子電池的充放電特性， 通過對鋰離子電池模組的充放電試驗分析，具有一定實踐意義。

1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)特點與試驗

1.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)特點

鋰離子動力電池是在20 世紀研發(fā)的新型高能電池，其具有能量高、電池電壓高以及工作溫度范圍寬的特征，貯存壽命相關(guān)較長，具有顯著優(yōu)勢，在軍事以及民用小型電器中廣泛應(yīng)用。在電動汽車這應(yīng)用， 是21 世紀電動汽車的重要的動力電源，在人造衛(wèi)星、 航空航天、 儲能等各個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。 分析電池SOC、放電效率以及輸出功率等因素，可以實現(xiàn)對鋰離子電池的運行狀態(tài)分析。 進行鋰離子電池的充放電特性分析， 可以為鋰離子電池的選擇、 電池模型的建立以及充放電的方式等工作開展提供有效的參考與支持。

1.2 鋰離子電池性能試驗

進行鋰離子電電池性能試驗，通過分析試驗參數(shù)，試驗流程以及常溫狀態(tài)之下的電池試驗。

1.2.1 試驗參數(shù)。 試驗應(yīng)用的單體電池的參數(shù)如下所示：

表1 鋰離子電池性能參數(shù)

通過NBT 電池測試系統(tǒng)進行處理， 利用鋰離子電池以及溫度傳感器、恒溫箱等進行試驗。

1.2.2 試驗流程。 通過試驗臺進行充放電的試驗，了解內(nèi)阻以及開始電壓特性的相關(guān)試驗。 電池充電中關(guān)鍵就是恒流恒壓，基于電池的實際應(yīng)用需求。1.2.3 常溫狀態(tài)之下的電池試驗。恒流充放電處理， 在實驗中其主要的恒流充放電參數(shù)為30,50,100,150A，其中SOC 值參數(shù)主要就是：20%～80%中的大電流（ 100,150A）充放電試驗。 進行電阻以及開路電壓特性試驗分析。

2 電池效率特性

分析電池效率定義，論述試驗流程以及效率特性分析，可以為鋰離子動力電池充放電特性研究提供有效的參考。

2.1 電池效率定義

分析電池應(yīng)用中的充放電效率， 建立一個電池試驗的最佳充放電的模型，通過試驗進行分析，確定最短的充電時間，進而達到提升電池的釋放能力的目的，有效的增強了電池的應(yīng)用壽命。 在實踐中可以通過容量、能量以及電壓性，充放電效率參數(shù)表示電池的效率。 對電池標椎電流分析，進行試驗，基于電池容量、電池的SOC 值的標定分析，通過不同的放電率進行放電處理，對比分析放出的容量則可以獲得在不同的SOC 值中的放電效率。

2.2 試驗流程以及效率特性分析

對動力電池的技術(shù)參數(shù)進行處理，根據(jù)要求進行試驗處理。在進行電池充電處理中，要根據(jù)要求操作。以0.3 電流做好充電處理，在3.6V 的時候截止。 在將電池靜置放置60 分鐘。 待在電池穩(wěn)定之后，通過不同的放電率進行電池的處理，記錄電池放出的容量信息，計算電池的效率。 通過分析可以發(fā)現(xiàn)，電池放電效率會在放電電流逐漸放大呈現(xiàn)減小的狀態(tài)中，在放電深度變化而放電效率會出現(xiàn)不斷的變化，呈現(xiàn)變小的趨勢。 因為電池活性物質(zhì)具有利用效率高以及充電效率高的特征，所以高溫相對于常溫充入的能力有有效提升。 在低溫環(huán)境中，在溫度的作用之下，會導(dǎo)致電池充電放電容量的變化，其呈現(xiàn)減少的趨勢。電池充放電效率也會下降。 而在高溫的環(huán)境中要根據(jù)實際的狀態(tài)進行充放電的溫度調(diào)整控制。鋰離子電池的SOC 參數(shù)在溫度環(huán)境中，會在0.3～0.9 范圍中變化，其與工作電壓呈現(xiàn)近似線性的關(guān)系。 開路電壓利用AH 法進行處理，做好電池SOC 估算分析，具有實踐性。 綜合不同溫度狀態(tài)之下電池的變化，可以有效提升SOC 預(yù)估精度。 同時， 鋰電池充放電內(nèi)阻參數(shù)在0.9～1.15m 之間，其放電效率較高。

3 充電特性測試

根據(jù)要求進行充電性能測試分析， 通過分析電池模組充電特性、充電特性測試為充電特性測試提供參考。

3.1 鋰離子動力電池模組充電特性

鋰離子動力電池在運行中需求精密精準的電壓， 要將電壓控制在±1%之內(nèi)， 三元鋰離子動力電池， 其額定電壓一般在3.7v，最高電壓要設(shè)置4.2V,電流與電壓均為恒定，保障其進入到充電狀態(tài)。 一般來說，在充電狀態(tài)中的鋰離子電池，電壓上下波動并不會高于1%，在充電時間的增加中，鋰離子電池會逐漸的進入到涓流充電的狀態(tài)。 涓流充電狀態(tài)的鋰離子電池會根據(jù)特定速度中不斷的接受到外來的電荷，可以始終保持在飽和狀態(tài)。

3.2 充電特性測試

3.2.1 測試對象。 測試中利用5 串4 并電池模組進行分析，其中單體電池的額定容量參數(shù)為5Ah，額定電壓參數(shù)3.7v。根據(jù)要求進行分析，做好變化記錄分析。3.2.2 測試方法以及結(jié)果。在測試分析中，根據(jù)10s/ 次的測試方式進行測試監(jiān)控，合理分析各項數(shù)據(jù)。 利用計算機做好數(shù)據(jù)的計算。 在試驗中要做好溫度控制管理，將其控制在25℃，主要利用恒流轉(zhuǎn)恒壓進行測試。 電池模塊在恒流充電階段的電壓變化呈現(xiàn)線性的關(guān)系，在恒壓充電中電流會呈現(xiàn)逐漸的減小趨勢。

4 鋰離子動力電池模組放電特性組成

分析鋰離子動力電池模組放電特性組成因素， 進行測試分析，綜合測試對象，測試方式，最終獲得了一定的測試結(jié)果。 了解了在不同的環(huán)節(jié)溫度之下，合理調(diào)控是進行鋰離子動力電池放電性能分析的關(guān)鍵因素。

4.1 鋰離子動力電池模組放電特性

為了避免鋰離子動力電池因為內(nèi)部溫度過高而導(dǎo)致的破壞問題。在進行放電處理中，要將電流控制在合理的范圍中。電池在在達到放電截止電壓之后，如果出現(xiàn)過放電的問題，嚴重的破壞了電池的整體性。 鋰離子動力電池在不同的溫度環(huán)境中，在放電中電壓以及放電容量的變化也是不同的。一般在10℃之上的溫度中， 鋰離子動力電池的放電性之間沒有太大的差異。而在小于0℃的環(huán)境中， 鋰離子動力電池放電倍率以及電壓之間主要的關(guān)系是負相關(guān)，也就是在電流越高的狀態(tài)中電壓會快速的下降。

4.2 鋰離子動力電池模組放電特性測試

4.2.1 測試對象。 分析電池放電特性，過5 串4 并電池模組進行試驗，在試驗中模組額定容量參數(shù)數(shù)值為20Ah。4.2.2 測試方式。 利用電路進行電池模組聯(lián)結(jié)處理，調(diào)試模組，進行電路系統(tǒng)、氣體等關(guān)鍵電子元件調(diào)整，通過計算機處理；準備各項工作，進行恒流放電處理， 恒流放電單體截止電壓參數(shù)信息為2.75v。在進行放電電流處理中其參數(shù)為1C, 試驗溫度參數(shù)分別為25℃、55℃、-20℃。4.2.3 測試結(jié)果。不同的溫度環(huán)境獲得的測試其結(jié)果不同。 鋰離子動力電池在25℃、55℃，環(huán)境溫度中放電性能相差較大。而在-20℃條件電池的放電性會出現(xiàn)顯著的差異。在25℃、55℃，放電初期電池模組電壓速度在不斷的下降，在放電中電壓的速度呈現(xiàn)緩慢的趨勢，在放電末期電壓的速度會逐漸的下降。 在-20 度狀態(tài)中放電，初期電壓下降，隨著電池溫度升高，電壓則逐漸升高。 電池的荷電狀態(tài)以及所處的環(huán)節(jié)溫度、對于鋰離子動力電磁電壓會產(chǎn)生一定的影響，環(huán)境溫度如果過低，則電池的電壓則就好越低。 因此，在不同的環(huán)節(jié)溫度之下，合理調(diào)控是進行鋰離子動力電池放電性能分析的關(guān)鍵因素。

結(jié)束語

鋰離子動力電池的應(yīng)用可以有效滿足各項性能需求， 在實踐中要基于其主要特性，合理進行充電、放電的控制，使其保持在合理的范圍中， 為了避免在不良放電而造成的影響。 通過對鋰離子動力電池的研發(fā)分析，可以提升鋰電池的容量，達到推動科技發(fā)展的目的。