锂离子电池充放电特性的研究

《自动化技术与应用》２００８年第２７卷第１２期

Techniques of Automation & Applications | 107

经验交流

Technical Communications

锂离子电池充放电特性的研究

张　庆，李革臣

（哈尔滨理工大学，自动化学院，黑龙江　哈尔滨１５００８０）

摘 要：本文通过对电池充放电曲线以及相关数据的分析，我们得出了锂离子电池充电后期恒压充电阶段所充入的容量所占总容量

的比例很小，而且所用时间相对较长，充电效率很低的结论，所以应在编程表中对恒压充电阶段的充电时间进行限制；通过对电池不同ＳＯＣ（电池荷电状态）所对应的交流内阻的测量可知，电池的交流内阻随电池荷电状态的增大而增大的结论。

关键词：锂离子电池；充放电特性；ＳＯＣ（电池荷电状态）；容量

中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００８）１２－０１０７－０３

The Charge/Discharge Characteristics of the Li-ion Battery

ZHANG Qing, LI Ge-chen

(Automation College, Harbin University of Science & Technology, Harbin 150080 China)

Abstract: Based on the charge/discharge curve and the corresponding data, this paper shows that the charged capacity during the

last stage of the charging process is very limited, and the time is much longer, therefore, the operator should limit the time of constant voltage charging process in the programming table. It also indicates that the AC impedance is increased with the increase of battery’s state of charge.

Keywords: Li-ion battery; charge-discharge characteristics; state of charge; capacity

１ 引言

锂离子电池因其端电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、自放电率低和无污染等优点［１－２］，得到了广泛的应用。锂离子电池的特性，一般是指锂离子单体电池的特性，如不同电流下的充放电特性、不同温度下的充放电特性等［３－４］。本文将电池在充放电过程中内阻的变化以及充放电容量也作为考虑因素，对锂离子电池的特性进行了研究。

２ 锂离子电池特性

试验选用的电池为ＳＯＮＹ　ＮＰ－５１０锂离子单体电池，电池正极主要成分为ＬｉＣｏＯ２负极主要为Ｃ，正极系统反应方程式如式１所示；负极系统反应方程式如式２所示［５］。

−+−++ ← → xe xLi C Li LiC x

1充电

放电 （１）2

2

1LiCoO xe

xLi

CoO

Li x ← → +−

+

−充电

放电

（２）

收稿日期：２００８－０７－１８

整个电池系统的反应方程式如下式３所示。

2121LiCoO C Li CoO Li LiC x

x + ← → +−−充电

放电 （３）单体电池电压为４．２Ｖ，容量为１．２５Ａｈ，工作电压范围为３．０－４．２Ｖ。在ＺＭ－７１０３电池测试系统上对电池进行充放电。

２．１ 充电实脸设计

大电流恒流充电条件描述：１．室温；２．新的电池；

３．将电池放电至开路电压为３．０Ｖ；

４．以５５０ｍＡ大电流进行恒流充电，充电至电池电压为４．２０Ｖ，然后转为恒压充电，到充电电流小于５０ｍＡ为止。这样做的目的是为了分析恒压充电的实际意义。

２．２ 放电试验设计

大电流恒流放电条件描述：１．室温；２．新的电池；

《自动化技术与应用》２００８年第２７卷第１２期

108 | T echniques of Automation & Applications

经验交流

Technical Communications

３．完全充饱以后进行５５０ｍＡ的恒流放电；

４．测量电池电压时，不关断放电回路，测量电池实

际工作电压．携带放电电流对电压的影响。

当单体电池的最低端电压低于３．０Ｖ时，停止放电。

记录充放电过程中的相关数据。

３ 结果与讨论

３．１ 充电性能

单体电池以５５０ｍＡ充电的曲线，如图１所示。

由图１可知：单体电池的电压在充电初期有较大上

升，之后趋向平缓。在充电后期恒压充电阶段，电池电

压保持不变，充电电流逐渐减小。按照编程表，５５０ｍＡ

恒流充电，在电池电压达到４．２０Ｖ以后转换成恒压充电。

３．２ 放电性能

单体电池以５５０ｍＡ放电的曲线，如图２所示。

从图２可见：电池在恒流放电条件下的工作电压变

化可分为３个阶段：①放电初期，电压下降较快；②之

后放电曲线逐渐趋于平缓，进人“平台区”。这一阶段持

续的时间与电压值、环境温度、放电倍率、电池的质量

和寿命等有关；③放电末期，曲线有呈直线下降的趋势。

在常温下５５０ｍＡ恒流放电实验中，六只单体电池

的端电压随电池ＳＯＣ（荷电状态）变化的数据。以１０％的

容量间隔进行划分。如下表１所示。

锂离子电池的ＯＣＶ（开路电压）在４．２０Ｖ到３．９０Ｖ

之间下降斜率较快，在３．８Ｖ前后有一个相对平缓的

放电平台，在低于３．７Ｖ以后，电压随容量下降急剧降

图１ 单体电池５５０mA充电曲线

低到３．０Ｖ。通常情况下电池容量小于４０％即认为应该

重新充电。

图２ 单体电池５５０mA放电曲线

表１ 单体电池开路电压与SOC的关系

表２ 单体电池的充放电容量