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鋰電池放電曲線全面解析

鉅大LARGE  |  點擊量:14308次  |  2018年07月24日  

摘要
一、電池的容量特性 容量測試得到電池在不同倍率下的放電電壓與容量關系曲線如圖3所示。

一、電池的容量特性


容量測試得到電池在不同倍率下的放電電壓與容量關系曲線如圖3所示。


圖3不同倍率下的放電電壓與容量的關系曲線


從圖中可以看出,在整個放電過程中鋰離子電池的電壓曲線可以分為3個階段:


1)電池在初始階段端電壓快速下降,放電倍率越大,電壓下降的越快;


2)電池電壓進入一個緩慢變化的階段,這段時間稱為電池的平臺區,放電倍率越小,平臺區持續的時間越長,平臺電壓越高,電壓下降越緩慢。在鋰離子電池的實際使用過程中,盡可能希望電池工作在平臺區;


3)在電池電量接近放完時,電池負載電壓開始急劇下降直至達到放電截止電壓。從容量測試的結果中,同時還可以得到放電電流與容量的曲線關系,如圖4所示。


圖4不同放電電流與容量的關系曲線


從圖中可以看出,電池放電電流的大小,會直接影響到電池的實際容量。放電電流越大,電池容量相應減小,這表明放電電流越大,到達終止電壓經歷的時間越短。所以談到電池容量時,應指明其放電電流(放電倍率)。


二、電池開路電壓特性


開路電壓測試[6]得到鋰離子電池開路電壓與電池SOC的關系曲線如圖5所示。


圖5電池充電與放電時的OCV-SOC曲線


從圖中可以看出,電池的OCV-SOC曲線與電池放電電壓曲線趨勢基本相同。在SOC的中間區間(20%<SOC<80%)內,電池的OCV變化極小,電池處于平臺區;而在SOC的兩端區間(SOC<10%和SOC>90%),OCV的變化率較大,整個磷酸鐵鋰電池的OCV-SOC曲線呈現中間區域平坦,頭尾兩端陡峭的樣子,開路電壓法即是利用這一穩定的對應關系進行SOC估計。


鋰離子電池OCV-SOC關系曲線受溫度、放電倍率、老化程度因素影響較?。?],但在充放電2種狀態下,兩條特性曲線之間會存在一定差異。


測定電池的放電曲線,是研究電池性能的基本方法之一,根據放電曲線,可以判斷電池工作性能是否穩定,以及電池在穩定工作時所允許的最大電流。本文詳細全面地介紹鋰離子電池放電曲線的基礎知識。由于作者水平有限,文中錯誤之處,歡迎批評指正。本文較長,10000多字,主要內容包括:


1電池的電壓


1.1鋰離子電池材料的電極電位


1.2電池的開路電壓


1.3電池極化


1.4電池的工作電壓


2放電測試基本原理


2.1放電測試模式


2.2放電曲線包含的信息


2.3放電曲線的基本形式


3放電曲線的微分處理


鋰離子電池放電時,它的工作電壓總是隨著時間的延續而不斷發生變化,用電池的工作電壓做縱坐標,放電時間,或容量,或荷電狀態(SOC),或放電深度(DOD)做橫坐標,繪制而成的曲線稱為放電曲線。要認識電池的放電特性曲線,首先需要從原理上理解電池的電壓。


1電池的電壓


電極反應要形成電池必須滿足以下條件:化學反應中失去電子的過程(即氧化過程)和得到電子的過程(即還原反應過程)必須分隔在兩個不同區域中進行,這區別于一般的氧化還原反應;兩電極的活性物質進行氧化還原反應時所需的電子必須由外電路傳遞,這區別于金屬腐蝕過程的微電池反應。電池的電壓是正極與負極之間的電勢差,具體的關鍵參數包括開路電壓、工作電壓、充放電截止電壓等。


1.1鋰離子電池材料的電極電位


電極電位是指固體材料浸于電解質溶液中,顯示出電的效應,即金屬的表面與溶液間產生的電位差,這種電位差稱為金屬在此溶液中的電位或電極電位。簡單說電極電位是表示某種離子或原子獲得電子而被還原的趨勢。

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