电池单体循环充放电实验

6
7 8 9
19.518
19.296 19.368 19.472
126
10
19.678
19.177
Experiment 2： 实验对象：Boston swing 5300 三元三元聚合物锂电池（新大洋智豆电动车用电池）
Cell
block
实验结果： 充放电时电池温度都会上升，静置时温度下降。但是厂商提供的工作温度，充电和放电并 不是相同的，放电时允许的温度范围要比充电时的大
单体电池的额定容量C0：室温25℃以1C放电速率，由充电上限电压放（fully charge）到 放电截止电压（fully discharge），所放出的总安时。 t I (t )dt 单体电池的SOC：剩余容量与额定容量的比值。 SOC(t ) SOC(0) L
0
C
电池的SOH可以表现为电池容量的衰减和内阻的增大。 C 单体电池的SOHC：当前的电池容量与额定容量的比值。 SOHC present C0 应用于汽车的电池，当SOHC=0.8时，不能继续使用。 R present SOH 单体电池的SOHR：当前电池的内阻与额定电池内阻的比值。 R R0 对于SOHR的截止值还没有形成统一的规定。 电池组是有多个单体电池串并联组成的，在汽车中应用时对电池的一致性有很高的要求。 在实时估计电池包的SOC和SOH时，不可能将所有单体的状态一一测出，并且通常电池 包的SOC、SOH通常取决于内部性能最差的单体电池（the ‘weakest cell’）。所以，可以 通过最差的单体来估计整个电池组的状态，这样也有助于简化电池包的检测过程。
Experiment 1：
Cycle life test: Test profiles: 2295H4 20Ah (square) The test procedures ,shown in the following figure, consist of a 20A battery charge till the voltage is beyond 3.65V, a 3.65V battery charge till the current is below 1A, an open circuit relaxation for 60min, and a 20A discharge till the voltage is below 2.4V followed by open circuit relaxation for 60min.
分别表示电池组内最小的容量和最小的SOC。
1i n
同理，
SOH C , pack min ( SOH C ,i )
SOH R , pack max ( SOH R ,i )
1i n
锂离子电池类型：
锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中 钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。 磷酸铁锂电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个 生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。 锰酸锂电池以成本低，安全性好被广泛使用，其标称电压达到 3.7V 、过充保护电压 4.28±0.025V、过放保护电压 2.4±0.1V、工作温度：充电：0~45℃。 钴酸锂电池结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要 用于中小型号电芯，广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中，标称电 压 3.7V 、过充保护电压 4.28±0.025V 、过放保护电压 2.4±0.1V 、工作温度：充电： 0~45℃。 三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂 电池。前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目 前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到 3.7V 。过充保护电压 4.325±0.025V、过放保护电压 2.5±0.05V、工作温度：放电：-20~60℃。 实验：1、磷酸铁锂的循环寿命实验 2、三元聚合物锂电池的温度阻抗实验
应电池的放电截止电压。 而对于充电情况，在电池放空电量开始充电直到达到充电截止电压时，实际上并没有能够 完全将电池充满（即充入的电量没有20Ah），所以转为恒压充电直至电流下降到指定值， 这样才将电池完全充满。
2、充放电时，电池温度要确保在厂商指定工作温度范围内。 cycle Charge Ah Discharge Ah 1 2 3 4 5 3.322 19.506 19.434 19.481 19.679 19.106 19.240 19.200 19.584 19.236
电池组的连接方式： 电池串联，只是提高了电压，电池的容量并没有增加，总容量以两者中较小的为准。实际 中电池串联，内阻相互迭加，形成内阻损耗，容量下降。 电池并联只能以同种电池进行(电压相同才能并联)。电池并联后，总容量等于两者之和， 且并联后内阻变为原来一半，驱动力就变为原来的两倍。实际中最好不要自己并联电池， 因为一般厂家推出的并联电池组，是根据电脑分析和配对的两个电池，没有经过配对的电 池，因为特性不平衡，一个电池电压高点，就会向另一个电池放电充电，产生自行损耗。 所以，并联电池的容量不是简单相加。当两个电池的电压差得越多，损耗也就越大，所以 自行并联出来的电池，一般容量都达不到两个电池相加的结果。
注意事项： 1、一次连续的充电或放电所放出的电量都必须在电池的额定容量之内不能发生过充或过 放，否则影响电池寿命甚至产生危险。 例如，上述试验中20Ah的电池，在满电情况下1C（C表示充放电速率）对应的放电电流 为20A，所以放电时间为1h，同理2C就对应电流40A，时间0.5h。放电结束也是基本上对
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放电终止电压：是指电池放电时允许的最低电压，如果电压低于放电终止电压后继续放电， 电池两端的电压会迅速下降，形成深度放电，这样极板上形成的生成物在正常充电时就不 易再恢复，从而影响电池的寿命。 充电上限电压:指电池充满电时的电压。如果达到充电上限电压仍不停止充电，则表现为 过充。而过充的最直接表现是：电池明显发热，如果急充则导致电池发热至烫手！因为电 池已经饱和，继续往电池充电，电池难以再提高电压，就会以热的形式发散出来，这样会 时电池永久性损伤。 电极极化：当电池有电流通过，使电极偏离了平衡电极电位的现象。 通常可将极化分为电化学极化、浓差极化和电阻极化三类。 1．电化学极化 又称活化极化，指由于电化学反应速度小于电子运动速度而造成的极化。 2．浓差极化 指由于溶液中有关物质扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。 3．电阻极化 又称欧姆极化，由于在电极表面生成了具有保护作用的氧化膜、钝化膜或其它不溶性腐蚀 产物，这些高电阻产物增大了体系电阻，使电极反应受阻而造成的极化。 无论是充电还是放电，都使得阳极电位升高，阴极电位下降，因此充电后放置一段时间电 压会下降，放电后点后放置一段时间电压会上升，（即在充电和放电结束后，分别产生的 压降和压升），这是由于电极附近的锂离子浓度与溶液中的锂离子浓度平衡，电极电位极 化消失。
(Ci ) Cmin_ cell 对于有被动均衡控制的一组串联的电池组，电池组的容量为：C pack min 1i n
电池组的SOC： SOCpack SOCmin_ cell soc(0)
0 t
I L (t )dt
Cmin_ cell
Cmin_cell SOCmin_ cell