关于锂电池充放电特性分析和测试探讨

陈锦棠

（广东金莱特电器股份有限公司，广东江门 529000）

关于锂电池充放电特性分析和测试探讨

陈锦棠

（广东金莱特电器股份有限公司，广东江门 529000）

与传统的铅电池相比，锂电池具有较好的能量质量比、自放电率低、使用寿命长的特点，成为现代储能装置的首选电池。为了推动锂电池的安全使用，需要确定锂电池的充放电特性，从而为锂电池的科学应用提供依据。

锂电池；充放电特征；测试

锂电池充放电特征测试最早的方法是通过监视电池开路电压来确定剩余容量。这主要是由于电池电压和剩余容量之间存在这密切的联系，通过测量电池端电压就能够估算出剩余容量。但是这样方法存在的不足之处在于∶①不同厂家生产的电池，其开路电压与容量之间的关系有较大的差异[1]；②只有通过电池空载电压才能确定剩余容量，但是大部分设备都需要在使用时观察剩余电量。负载电流若内阻出现压降现象，很可能对开路电压测量的准确性造成影响。且电池内阻具有较强的离散型，随着电池使用时间的增加，这种离散性将逐渐增大。因此如何减小压降带来的误差是目前有待解决的重要问题[2]。通过对锂电池充放电特征的观察，并给予相应的测试方法，为锂电池的充放电测试提供有效的检测方法。

1 锂电池的充电特性

锂电池对电压准确性的要求较高，误差超过1%就可能造成电池的损坏。使用比较普遍是额定电压为3.7V的锂电池，该电池的终止电压为4.2V。目前，市面中的锂电池多采用恒流恒压充电模式，充电过程中的电流不便，而充电初始阶段的电压较低，随着充电时间的增加，电压逐渐升高至4.2V，然后会转入恒压充电，电压波动一般低于1%，充电电流逐渐减小。当电流下降至某一范围后，会进入涓流充电模式[3]。涓流充电也就是人们常说的维护充电，在该状态下，充电器会保持某一速率给电池补充电荷，并最终使锂电池充满。

2 锂电池的放电特性

2.1 锂电池的放电特性

锂电池在放电时的电流不能过大，否则可增加内部热量，从而对电池造成不可逆性损伤；此外，电池电压在低于放电终止电压后仍旧放电，会出现过放现象，导致电池出现损坏。在不同的放电条件下，电池电压的变化也各有不同[4]。放电率越高，而电池的电压也就越低。若采用0.2C放电速率，电池电压可能降低至2.75V，可放出额定电量。采用1C放电速率，则能够放出电池额定电量的98%。

2.2 锂电池的充放电测试

2.2.1 锂电池充电测试

为了测量锂电池的充电特性，本次研究将10节单体锂电池串联后采用标准电池充电测试方法，观察其充电特性。根据锂电池生产厂商推荐的充电方式进行充电，即采用1A恒流电流充电，当电压达到4.2V时，电压不变，观察电流变化，当电流低于100mA时，充电结束。

实验步骤如下∶将电路连接完毕后，为了保障用电安全，在开来充电电源前不能闭合主电路开关。调试并连接采集电路，设置每分钟采集1次数据。打开采集电路电源后将电脑打开，准备接受数据；打开电源后观察电池的端电压，当达到4.2V后改为恒压模式，直至充电结束，表1为锂电池充电实验中采集到的数据。

表1 锂电池充电实验数据

2.2.2 锂电池放电测试

锂电池放电也就是指能量释放，放电过程即将电池与充电器断开，转而连接放电负荷，从而实现电池放电。但是放电同样也是有一定要求的，本次研究使用锂电池最大放电电流为1A，若超过这一标准，很可能出现过热问题。为了避免这一问题的出现，本次测试采用恒电阻负载，即使用10Ω的电阻放电，根据欧姆定律可知，本次测试的放电电流倍率为1/3C。实验步骤同充电，文章就不一一叙述。实验所得数据为表2。

表2 锂电池1/3C放电测试数据

从表2可以得出，在电池放电之后电压会出现下降的趋势，这一过程也就是电池极化的阻容。在此过程中，突加负载出现了零状态响应状态，在此过程后电池的电压会逐渐下降，在电池持续放电的30min，电压下降至2.8V。正是由于电池放电导致端电压下降，导致开路电压法在测定电池剩余容量时出现了较大的问题。但是这种特性也是与其他电池相比的所具有的优势，有助于保障电池实际使用的性能。

3 结论

在大力推广绿色低碳理念时代，应用高效环保的能源是时代的主流趋势。锂电池与其他电池相比具有能量质量比高、无记忆效应、使用寿命长的优势，使得其在日常生活中得到了广泛的应用，对于现代产品生产具有重要影响。通过对锂电池充放电特征进行观察，并为锂电池测试提供了科学的方法。

[1] 彭佳悦，刘亚利，黄杰等.锂离子电池基础科学问题（Ⅺ）——锂空气电池与锂硫电池[J].储能科学与技术，2014，3（5）∶526-543.

[2] 程广明，胡海兵，邢岩，等.电动汽车锂电池快速充电特性的研究[J].电力电子技术，2016，50（6）∶88-90.

[3] 万光芬，梁志珊.基于非线性控制PWM整流器的锂电池充放电技术[J].电源技术，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

蒲艳玲（1970—），女，甘肃陇南人，高级工程师，主要从事化工实验工作。

收稿日期：2017-01-20

作者简介： 陈锦棠（1987—），男，广东佛山人，助理工程师，主要从事电池研发，测试，品质控制工作。