磷酸铁锂电池并联充放电特性研究
高技术通讯２０１２年第２２卷第２期：２０５—２１０
ｄｏｉ：１０．３７７２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－０４７０．２０１２．０２．０１５
磷酸铁锂电池并联充放电特性研究①
时玮②姜久春③张维戈林思岐张彩萍
（北京交通大学电气工程学院 北京１０００４４）
摘
要
针对动力锂离子电池成组后性能比单体性能明显降低的问题，分析了电池不一
致性产生的原因，在此基础上，研究了电池单体充放电性能和老化过程一定时，电池的成 组方式和电池参数不一致程度对整组电池性能的影响。重点以磷酸铁锂电池为研究对 象，分别对不同并联电池数量和不同充放电倍率进行了实验，分析了电池并联情况下直流 内阻、电池容量、极化电压、荷电状态等因素对电池工作电流和电压的影响，提出了并联电 池不平衡电流的判断依据，从而为电池系统的容量设计和提高成组电池的性能提供依据。
关键词并联，不一致性，磷酸铁锂，不平衡度
池组的特性才体现出与单体电池一致并满足一定的 ０
引言
国产动力锂离子电池单体容量一般在１５０Ａｈ
规律。然而由于不一致性的存在，评价电池组的性 能并不能将电池单体性能进行叠加，往往动力锂离
子电池串并联成组后性能会比单体性能进一步降
以内，为了满足电动汽车车速和续驶里程的要求，不
但需要将电池串联到一定的电压等级，还需要将电 池并联从而达到较高的容量。２００８年北京奥运会 用纯电动公交车采用了４只９０Ａｈ电池并联的方 案，２０１０年上海世博会用纯电动公交车也采用了类 似的多只电池先并联后串联的成组方案。多批电动
低∞Ｊ。髓着使用时间和循环次数的增加，电池容量
衰退和老化过程的不同还会加剧成组电池性能与单
体电池性能的差异。带有均衡功能的电池管理系统 在一定程度上缓解了串联电池组的不一致问题，使
串联电池组容量和能量利用率最大化∞Ｊ。本文首
先分析了电池不一致性的产生原因，然后对并联电
池的充放电性能进行了实验分析。 １
汽车长期的成功示范运行对研究动力电池组的性能
有重要的意义。根据应用的要求，近年来国内外电池
应用人员对电池性能进行了深入的研究，文献［１］对
电池单体在循环工况下的性能进行了测试，分析了
不一致性分析
电池容量的失效机理；文献［２，３］利用电化学模型 和等效电路参数模型对电池性能衰退进行了分析；
文献［４］阐述了电池成组后面临的安全性问题，并 介绍了锂离子电池充放电过程的控制管理技术。关 于动力电池的连接方式对电池组性能的影响，以及 对整个电
池组的容量和能量利用率，并没有进行全 面、深入的分析。
电池组出现不一致将导致电池的利用效率下 降，以及电动车辆的运行经济性和运行效率下降。
充放电过程中，性能最差的电池决定了电池组的性 能。随着电池的老化，容量和性能差的电池更加容 易出现严重的两端极化和发热，导致电池的容量加
速衰退，使得电池的容量和性能利用率更低，电池组
出现更严重的不一致性。 １．１不一致产生的原因 电池在生产和使用过程中不可能做到完全一 致，所以电池的一致性是相对的。 首先，电池在生产的过程中因工艺、配料以及杂
分析动力锂离子电池的特性，通常是指分析单 体电池的特性，如不同倍率下的充放电特性、不同温
度下的充放电特性、不同老化程度下的充放电特性
等。当电池组中的单体电池的特性完全一致时，电
①８６３计划（２００７ＡＡｌｌＡｌ０３）资助项目。 ②男，１９８４年生，博士生；研究方向：汽车电子和测控技术；Ｅ－ｍａｉｌ：０６１２１６７９＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ③通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｃｊｉａｎｇ＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ （收稿１３期：２０１０．１０－０８） －－－——２０５－－－——
万方数据
高技术通讯２０１２年２月第２２卷第２期
质含量的差异会导致电池的初始内阻、容量等方面
的差异。特别是大容量的动力锂离子电池的生产尚 未完全实现全自动化，电池的制造工艺不能有效地 保障电池初始性能的一致性，当电池的一致性要求
箸
３．９ ３－７
弼
３．１
太高的时候，电池的成品率大大下降，使得电池的价 格增加。相对于大容量单体的生产情况，国内小容
量单体电池的一致性由于自动化生产而得到了保 证。
筹
２．５
其次，电池组不一致和使用过程相关（如温度、 充放电倍率、极化效应、自放电等），而且具有很强 的非线性，电池单体的性能同时受环境的影响致使
电池参数的不一致性增强，这使得电池成组后的使 用过程更加复杂，同时成组后的功率特性，以及成组 后的容量和能量利用率更加难于控制。 １．２改善成组性能分析 即使在电池出厂时经过严格筛选后配组的电 池，也会由于电池的使用环境、温度场以及自放电性
图１锰酸锂和磷酸铁锂的ＯＣＶ－ＳＯＣ曲线
握。本文以纯电动车使用的量产ＬｉＦｅＰＯ。电池为研
究对象，分别对不同并联电池数量和不同充放电倍 率进行实验，旨在研究电池并联对电池的充放电性
能及电池组容量和能量利用率的影响。
２并联特性分析
在分析电池不一致性产生原因的基础上，研究
能等方
面的差异使得电池在使用一段时间后在内
阻、容量以及荷电状态（ｓｔａｔｅ
ｏｆ
ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）等方面
电池并联的特性，分析了磷酸铁锂并联电池内阻、容
量等差异的共同作用机制。
２．１
出现差异，所以电池的不一致性问题仍然存在。改
善电池工作的电流、温度环境，分析电池容量衰退和
ＬｉＦｅＰＯ。电池单体特性 ２５。Ｃ环境温度下，以１／３Ｃ的电流对４只电池进
老化机制，通过高效的均衡方法弥补充电效率和自 放电带来的ＳＯＣ差异等措施的采用，会缓解串联电
池组的容量差异并提高整组电池的容量和能量利用
行单体容量测试，电压截止条件是２．５０—３．６５Ｖ，恒
流一恒压（ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ－ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｖｏｌｔａｇｅ，ＣＣ—ＣＶ）
率，但是多批车辆运行情况表明，电池维护的工作仍
然是必需的环节，但这一环节目前难以满足常态化 的市场运行。为达到稳定可控的电池组成组性能， 必须通过电池管理系统来检测实际使用工况下电池
最小充电电流１Ａ。表１示出了４只ＬｉＦｅＰＯ。电池 容量值和直流内阻值。
表１ ＬｉＦｅＰＯ。电池容量值和直流内阻值
１＿ｆ｝ ２５．０ ２．８１ ２．６２ ２．３５ ２＃ ２４．７ ２．９５ ２．８３ ２．５５ ３｝｝ ２５．０ ２．７３ ２．６１ ２．３６ ４＃ ２５．１ ２．８９ ２．６６ ２．３９
组的参数及参数分布，以不一致性评价体系为基础，
掌握电池组的不一致性发展趋势¨Ｊ。 目前，了解电池组各个电池的参数不可避免地 需要测量电池电压，例如电池直流内阻的测量、电池
电池单体测试 容量（Ａｈ） 内阻（ｍＱ）ＳＯＣ＝２０％ 内阻（ｍＱ）ＳＯＣ＝５０％ 内阻（ｍＱ）ＳＯＣ＝８０％
组ＳＯＣ的两端修正与静置标定，以及电池极化电压 的识别等均以电压检测为基础∞ｊ。图ｌ比较了锰酸 锂（ＬｉＭｎ：Ｏ。）电池和磷酸铁锂（ＬｉＦｅＰＯ。）电池的开 路电压（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ，ＯＣＶ）与ＳＯＣ的关系曲
线，可以发现ＬｉＭｎ：Ｏ。电池由于明显的电压外特性， 在一定程度上提高了电池不一致性的判断精度，但 ＬｉＦｅＰＯ。电池的ＯＣＶ曲线更加平坦一ｏ，这对ＬｉＦｅ— ＰＯ。电池的ＳＯＣ、极化电压等参数的测量有较大影 响。 常用的电池成组方式（先并后串、先串后并、混
当ＬｉＦｅＰＯ。电池并联后，影响充放电电流的主 要因素有电池实际容量Ｑ，电池欧姆内阻尺，内电
压Ｕ删，极化电压Ｕ。。并联电池的外电压Ｕｏ与 ｕ唧之差，表示为ｕ．
，反映了单体电池内电压的差
异程度，并随着并联各支路不平衡电流引起的欧姆 压降％的变化和极化电压Ｕ的变化而改变。图２
示出了１／３Ｃ电流条件下ＬｉＦｅＰＯ。电池单体以不同 ＳＯＣ开始充电的极化电压变化趋势。可以看出两端 的极化比较严重，充电末端极化电压变化率较大，因 此并联电池的ｕ．在ＳＯＣ的两端的变化也较大。
联）中并联的电池由于其外电压一致，使得并联电
池各自的充放电特性和衰退老化机制更加难以掌
．．．——２０６．．．——
万方数据
时玮等：磷酸铁锂电池并联充放电特性研究
备
脚 Ｓ 肇
图２
ＬｉＦｅＰＯ。电池不同初始ＳＯＣ的极化电压
３．５
３５
半并联电压＋电流１?电流２＋电流３—｝电流４
３．３ ３０
图３示出了ＬｉＦｅＰＯ。电池单体在不同充放电倍
率下的极化电压变化趋势。充放电电流对极化电压
出 脚２?９
２?７ ２．５
￡３．１
．㈣“＋＊＊＊¨＊ｗ＊＊＿＊＊懈＊蝴＊＊‰％‰ｘ‘
Ｘ
一
２
蘑
删
２５
影响很大，因此并联不平衡电流导致％变化的同时 引起ｕ。的变化较大，并联电池相互差异的极化变化
率反作用于不平衡电流，动态变化的Ｕ＾使得并联 电池的不平衡电流规律复杂。
‘篁慧盥麴睡翅鲢嘲瞒喇耩噼鹱 Ｗ
１０ ２０ ３０
０
２０
时间 Ｃｏ）放电过程
图４
ＬｉＦｅＰＯ。并联电池１Ｃ倍率下不平衡电流
联的容量利用率高于电池串联。
￡
出 脚
充电末端的不平衡电流比较显著，由表ｌ可见
３＃容量和内阻的参数仅稍优于其他电池，仍然存在 较大的不平衡电流。如２．１节分析，各并联电池充
电末端的不同极化电压Ｕ。与０．８Ｃ一１．２Ｃ的电流差 异导致了明显不同的Ｕ＾值，一定程度上加速了３＃
Ｓ 娶
电池的容量衰退。在串联电池组中不会出现这种不 平衡电流的情况，但串联各单体同样会出现不同的 极化状态。结合３＃电池在外电压达到３．６５Ｖ恒压
４ ５
点的电流２１．９Ａ分析，并联３＃的极化电压比串联条 件相同时刻增加了７ｍＹ左右。 １Ｃ条件下放电过程比较平稳，１＃和３＃放电初 期内阻小引起电流大于２＃和４群电池，由于ＬｉＦｅＰＯ。
爹
幽 母 Ｓ
３ ５ ２ ５ ｌ ５
爨
的ＯＣＶ曲线比较平稳，导致％平衡了外电压的差 别，直到放电后期％。，的差别才使得电流值开始交
替变化。
¨㈣¨幡蛇！耋Ｏ ¨！耋。
（ａ）充电过程；（ｂ）放电过程 图３
１／２Ｃ倍率下充电的不平衡电流如图５所示，放 电情况也与１Ｃ放电接近，在此不再赘述。
ＬｉＦｅＰＯ。电池不同充放电倍率下极化电
压
２．２
Ｌ诹ｅＰＯ。电池并联
在了解单体充放电特性的基础上，将一致性较 好的ＬｉＦｅＰＯ。电池并联，通过霍尔元件检测各支路
的电流瞬时值。
图４示出了ＬｉＦｅＰＯ。并联电池在１Ｃ倍率下充 放电的不平衡电流，并联电池总容量９９．８Ａｈ，１Ｃ倍
率下充入和放出９５Ａｈ。对于整组电池而言，电池并
时间
图５
ＬｉＦｅＰ０４并联电池１／２Ｃ倍率下充电不平衡电流
．———２０７—－———
万方数据
高技术通讯２０１２年２月第２２卷第２期
并联电池各支路电流，瞬时值为
３．７
。。——１－３一Ｒ
，
％一ｕｏｃＰ—ｑ
％
Ｌ
…Ｊ
１
３．５
９３．３
幽３．１ 甚２．９
２．７ ２．５
比较２个充电电流倍率下的不平衡电流，可以 看出ＬｉＦｅＰＯ。电池电压平台上的支路电流不平衡度 很小，单体电池在平台上有比较一致的极化电压使 得内阻在这一阶段起到决定性作用，内阻差异引起
的累积充人容量的差异使得充电末端内电压和极化
；厂—制＿．
电流２
．
－３５
－３０
２
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咖????一－?－????－?－?＿??‘?????一??略盆 ．ｉ……一…………一…一一一。：：：多。．
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－２０ １０ ２０
时间 （ａ）ｌ舡２＃
电压不一致，现象是支路电流不平衡度增大。并联 电池的充电电流越大，各单体电池充电末端的电流 不平衡度越大。
１．５Ｃ倍率下充电的不平衡电流如图６所示。 ３＃和４＃的末端电流差异没有显著增大，是因为ｌ＃和 ２＃的作用，多个电池并联的自均流特性有助于并联 电池的一致性。
３．９ ３．７ ３．５ ３．７ ３．５
爹
出 脚
爹３．３ 趟３．１
罾２．９
２．７ ２．５
艺３．３
霎３．１
２。９ ２．７ ２．５
图７
ＬｉＦｅＰＯ。并联电池１Ｃ倍率下充电不平衡电流
图６
ＬｉＦｅＰ０４并联电池１．５Ｃ倍率下不平衡电流
如图８所示１＃－４＃的放电过程，对比分析放电过
程的不平衡电流加剧的主要原因是初始放电时ＮＩ＃
减少电池并联数量，将１＃－２＃，１＃－－４＃，２＃－３＃电池
和４群内阻与内电压ｕ删均有差异，由表１得出１＃内
阻略小，电池管理系统实际计量的１＃和４＃的ＳＯＣ值
并联，在１Ｃ倍率下充电的不平衡电流如图７所示。
图７（ａ）和（ｅ）不平衡度较小，因为内阻有差异且容 量有差异的电池并联，容量的差异在充电过程弥补 了内阻的差异；图７（ｂ）的末端电流差异较大，且不 平衡度大于图４（ａ）所示，可以得出并联数量的增加
分别为９８％和９７％，使得１＃在放电初
期的电流
２８．６Ａ显著大于４＃的放电电流２３．２Ａ，并且在后期电
流发生交替。ＬｉＦｅＰＯ。电池ＯＣＶ－ＳＯＣ曲线两端与 平台的明显差异，使得电池并联后的不平衡电流增 大。实际数据表明２只ＬｉＦｅＰＯ。电池并联下的放电 过程即使较小的ＳＯＣ差异也会导致放电后期显著 的电流不平衡。
有助于不平衡电流减小的结论。
图７（ｂ）示出的１＃一４＃，由于内阻差异累计的容
量差，导致末端１撑电流减小到２０Ａ，４撑电流增大到 ３２．７Ａ。４＃电流从交叉点开始增大，说明交叉点处４＃
电池的ＳＯＣ较低，ｕ△值较大，需要通过电流差异来 平衡与１＃电池的ＳＯＣ差异，电池管理系统在交叉点
处实际计量的１＃和４＃的ＳＯＣ值分别为８９％和 ８７％。由于１撑和３＃容量基本一致，根据安时计量的 原理，结合图７（ｂ）可以分析曲线电流１和曲线电流 ４与时间轴围成的面积也应基本一致，即交叉点后电
流的差异弥补了交叉点前累积的容量差异。实际数
据表明２只ＬｉＦｅＰＯ。电池并联下的充电过程即使较 小的内阻差异也会导致充电末端显著的电流不平衡。
．．．——２０８．．．——
图８
１＃＿４＃并联电池１Ｃ倍率下放电不平衡电流
万方数据
时玮等：磷酸铁锂电池并联充放电特性研究
ＬｉＦｅＰＯ。电池在并联条件下的充放电特性大致
不平衡度反映并联电池充放电的特性，有助于 评价并联不平衡电流对并联电池性能的影响程度， 有助于指导电池成组方式和优化电池组充放电控制
策略。控制并联电池不平衡度将有效保证并联电池
表现为：充电初始时刻的电池参数差异将在充电末
端呈放大态，放电初始时刻的电池参数差异将在放 电末端呈放大态。与图４、图５、图６比较可以看出， 多个电池并联可以有效减小充放电初始电流的差 异，使充放电过程电流差异减小。
特性与单体电池特性的一致性。
４
结论
由于锂离子电池成组后性能比单体性能明显降
３
不平衡度分析
从内部电化学角度分析，充人和放出的容量对 低，本文深入分析了电池不一致性的产生原因。通 过实验研究量产磷酸铁锂电池（标称容量２５Ａｈ，工 作电压２．５０—３．６５Ｖ）单体的充放电特性，以及不同 并联数量和不同充放电倍率下的并联电池特性，分 析了并联对内阻、ＳＯＣ、极化等电池参数和支路电流 的影响，结果表明：（１）并联电池的自均流效应使得
多个电池并联可以有效减小充放电初始电流的差 异，使充放电过程电流差异减小；（２）ＬｉＦｅＰＯ。电池 较小的内阻差异和初始ＳＯＣ
差异可以导致后期显 著的电流不平衡。
应着锂离子在负极的嵌入和脱出。ＬｉＦｅＰＯ。电池的 电压平台就是由正极的ＦｅＰＯ。－ＬｉＦｅＰＯ。相态变化和 负极锂离子嵌入脱出共同作用形成的，电池内部氧
化还原反应的速率和程度决定了电池的电学特 性¨刨；／Ｌ电学特性上观察串联动力锂离子电池组的 充放电特性，可以得出电池一致性与电池的欧姆内
阻、极化电压、容量、温度、荷电状态以及电池的老化
程度有密切的关系¨１｜。
分析电池在并联条件下的充放电特性更加复 杂，例如由于并联电池自均流效应，玑和ＳＯＣ的变
化共同作用于支路电流，并联电池的容量和能量利
用率也随着环境工况的改变综合改变。充放电过程
在实验结果分析的基础上，通过判断并联电池 ＳＯＣ的不平衡度可以对电池成组的方式进行评价， 为电池系统合理的容量设计和提高成组电池的性能 提供依据。需要说明的是，由于实验电池数量较少， 尤其是缺少并联电池组在循环工况下的寿命数据， 因此电池成组方式对电池寿命的影响有待进一步深 入研究。
参考文献 ［１］赵淑红，吴锋，王子冬．磷酸铁锂动力电池工况循环性 能研究．电子元件与材料，２００９，２８（１１）：４３４７ ［２］Ｎｉｎｇ Ｇ，Ｗｈｉｔｅ
Ｒ Ｅ，Ｐｏｐｏｖ Ｂ Ｎ．Ａ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃ－
中并联电池的支路电流变化情况可以用电流的不平
衡度进行评价。 电池参数的差异，在并联后会导致不同的不平
衡度，并联电池的ＳＯＣ＃表示为
ｎ ｎ
Ｑｉ ＳＯＣ并＝≥ｌ Ｑｉ?ｓｏｃ（ｉ）／≥２ ；＝１
忑ｊ
（２）
其中ｎ为并联电池编号。ｓｏｃ（凡）的差异由初始ＳＯＣ 差异以及电池充放电过程累积共同形成。实验结果 表明在ＳＯＣ并＝１００％时开始放电或者ＳＯＣ并＝０％ 时开始充电，并联的ＬｉＦｅＰＯ。电池的各单体极化差
异引起的初始ＳＯＣ（ｎ）的差异明显大于ＬｉＭｎ：Ｏ。电 池，并且电池内阻的差异引起的累积ＳＯＣ（ｎ）差异 也较大。因为严重的极化电压差异导致初始 ｓｏｃ（ｎ）的差异与ＬｉＭｎ：０。电池相比较大，电池内阻
的差异引起的累积ＳＯＣ（ｎ）差异也比较明显。
ｔａ，２００６，５１（１０）：２０１２－２０２２
［３］Ｌｉａｗ
Ｂ Ｙ，Ｊｕｎｇｓｔ Ｒ Ｇ，Ｎａｇａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ Ｇ，ｅｔ ａ１．Ｍｏｄ－
ｅｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆａｄ
锂离子电池工作原理
锂离子电池工作原理 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe
放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 组成部分 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列： （1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。 （2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 （3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
磷酸铁锂电池充放电曲线和循环曲线
磷酸铁锂电池充放电曲线和循环曲线我公司生产的磷酸铁锂电池以其无毒、无污染，高安全性，循环寿命长，充放电平台稳定等优点受到锂电池专家的关注。我公司所生产的LiFePO4动力电池在国内、外均处于领先水平，填补了国内、外大功率磷酸铁锂动力电池的空白，并获得多项国家专利。10C充放电1000次循环容量衰减在25%以内，充放电平台稳定，安全性能优良，可大电流充放电，完全解决了钴酸锂，锰酸锂等材料做动力型电池所存在的安全隐患和使用寿命问题。磷酸铁锂动力电池将取代铅酸、镍氢电池、钴酸锂和锰酸锂锂电池，引领汽车工业走进绿色时代。我公司生产的磷酸铁锂18650－1200mAh的电池充放电曲线和大电流循环曲线如下：
我公司生产的磷酸铁锂CR123A－500mAh的电池大电流循环曲线如下
新型磷酸铁锂动力电池 中心议题： ?磷酸铁锂电池的结构与工作原理 ?磷酸铁锂电池的放电特性及寿命 ?磷酸铁锂电池的使用特点 ?磷酸铁锂动力电池的应用状况 自锂离子电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着，上世纪90年代末又开发出锂聚合物电池，2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂（LiCoO2），另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。
铅蓄电池放电特性(精)
第八节铅蓄电池放电特性 一定放电电流,首先,物质的消耗,密度减少,电动势降低,引起输出端电压减少;另外,放电生成物增多,内电阻上升,引起内压降增多,也引致输出端电压进一步下降。 总之,放电过程中,除了内电阻是增大以外,其他的参数都将减少。 铅蓄电池的放电曲线不同放电电流时的放电曲线 图3-6铅蓄电池的放电曲线 （1）刚放电时, （消耗>补充） （电极上反应物之间接触面多,使反应过程充分进行,而且生成物不足阻碍反应进行,内阻压降基本不变。而进行反应的电极材料孔隙内、外的电解液密度差不多,硫酸分子扩散运动很慢,） 使之消耗量和扩散补充量不平衡,使进行反应的硫酸密度下降较快,故电动势和端电压都有较快的下降。 （2）随着反应深入到中期过程, （消耗=补充） 在反应的孔隙内、外的电解液密度的差值较大,促进补充硫酸的扩散运动速度加快,消耗的硫酸分子得以相应补充。密度减少变缓慢,电动势减少缓慢,内电阻变化也不明显,因此,端电压仍随电动势下降较慢。 （２）反应加深,进入放电后期时, （消耗>补充） 化学反应在孔隙内深处进行,硫酸扩散路径变长,生成物使硫酸扩散通道变窄,甚至被堵塞,处于硫酸消耗多于补充的不平衡状态,电动势下降较快,内阻及降不断增大,造成端电压下降加快,曲线变陡。 单体电池当放电电压达到D点时,就是放电的终止电压值。如果在低于终止放电电压值下继续放电的话,电池电压将迅速变为零。这种超量放电是不允许的,实践中,在终止放电电压值达到后的放电,蓄电池已经失去了保证向负载供电能力。一般D点电压值定为1.7伏,也就是额定负载下端电压下降到20伏,就应该给电池充电。 停止放电后,硫酸分子经一段时间扩散到电极孔隙内,会使该处电解液的密度回升,而且均匀分布,所以电动势值可回到1.99伏左右。 影响放电电压的放电条件： 第一,放电电流影响放电电压。 放电电流大小的改变,化学反应进行的程度不同。增大负载时,能量转换量大,化学反应要求更多、更快,硫酸消耗多,密度下降快,生成物多,内阻增大,影响扩散速度。因此,电动势和端电压下降就快了,达到终止放电的时间会缩短,所以放电电流越大,放电电压下降越快。可放电的时间越短。 （注意,放电电流较大状态下的放电终止电压值允许低一些。）
锂电池的充放电系统
本科毕业论文（设计、创作） 题目：锂电池的充放电系统 学生姓名：学号：1002149 所在院系：专业：电气工程及其自动化入学时间：2010 年9 月导师姓名：职称/学位：副教授/硕士导师所在单位： 完成时间：2014 年 5 月安徽三联学院教务处制
锂电池的充放电系统 摘要：随着时代的发展，便携化设备应用的越来越广泛，而锂电池则成为便携化设备的主要的电源支持。锂电池与其他二次电池不同的是更需更安全高效的充电控制要求，因为这些特点让锂电池在实际的使用中有很多不便。因此，基于特征的锂离子电池的充电和放电特性，锂离子电池充电的充电过程和控制单元的的发展趋势，本文设计出了一款智能充放电系统。本文设计的控制单元大部分是由基于MAX1898的充电电路和AT89C51的控制单元构造而成。以LM7805 为MAX1898与AT89C51提供电源支持。本文还提供了用于锂离子电池的充电和放电控制系统的程序框图和功能。 锂离子充电电池和锂离子电池，微控制器，发电，转换和电压隔离光耦部分，放电特性充电芯片，锂离子电池充电电路设计，锂离子电池的程序设计充电作为主要内容本文。 关键词：单片机、MAX1898、AT89C51
Li-ion battery charge and discharge system Abstract：With the progress of the times, portable device applications more widely, and lithium battery becomes more portable equipment's main power supply support. Lithium secondary batteries with other difference is safer and more efficient charging needs control requirements , because these features make lithium batteries have a lot of inconvenience in actual use . Therefore, The body on the characteristics of lithium ion rechargeable electric discharge pool,the development trend of lithium-ion battery charging process and control unit , the paper designed an intelligent charging and discharging system . This design of the control unit is constructed from long MAX1898 -based charging circuit and a control unit from AT89C51 . Provide power supply support for LM7805 MAX1898 with AT89C51. This article also provides a block diagram and function for lithium-ion battery charge and discharge control system. Lithium- ion battery characteristics , charge and discharge characteristics of lithium -ion batteries , the introduction of lithium-ion battery charging circuit design, rechargeable lithium-ion battery is designed to generate part of the program the microcontroller parts, power supply , voltage conversion and opto-isolated part of the charging chip , etc. as the main content of the paper . Key words: SCM,STC89c51, MAX1898
锂离子电池工作原理
锂离子电池工作原理
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越
快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe 放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C
锂离子电池性能测试
华南师范大学实验报告 学生姓名:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：锂离子电池性能测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月5日-17日 实验指导老师：马国正组员：黄日权郭金海 一、实验目的 1.熟悉、掌握锂离子电池的结构及充放电原理。 2.熟悉、掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺。 3.熟悉、掌握锂离子电池的封装工艺及模拟电池测试方法。 二、实验原理 锂离子电池是指正负极为Li+嵌入化合物的二次电池。正极通常采用锂过渡金属氧化物 Li x CoO2，Li x NiO2或Li x Mn2O4，负极采用锂-碳层间化合物Li x C6。电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4等的有机溶液。溶剂主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和氯碳酸酯（CIMC）等。在充放电过程中，Li+在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”。 锂离子电池充放电原理和结构示意图如下。 锂离子电池的化学表达式为： -）Cn|LiPF6-EC+DMC|LiM x O y（+ 其电池反应为： LiM x O y+nC Li1-x M x O y+Li x C n 本实验以高温固相法制备的尖晶石型LiMn2O4为正极材料，纯锂片为负极，制备扣式锂离子模拟电池，并对制备的扣式半电池进行充放电测试。 三、仪器与试剂 电化学工作站，蓝点测试系统、手套箱、电子天平、真空干燥箱、切片机、对辊机、鼓风干燥机 LiMn2O4、乙炔黑、PVDF、无水乙醇、电解液（1M LiPF6溶与体积比EC:DEC:EMC=1:1:1
锂电池组保护板均衡充电基本工作原理
成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。 本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。 锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中：1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO，放电控制引脚DO，放电过电流及短路检测引脚VM，电池正端VDD，电池负端VSS等）;7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。
电池充放电曲线概要
那么应怎样进行自我调节呢?《内经》说得好，应“夜卧早起（大意是：稍晚一点睡觉，是为了顺应自然阴气的不足；早些起床，是为了顺应阳气的充盛。睡眠不足可适当午睡，无厌于日，使志无怒（大意是：切勿因厌恶长日而心情烦躁，滥发脾气），使华英成秀，使气得泄(大意是：要精神饱满，成就夏季应有的秀美，并充分宣泄，若所爱在外(大意是：就像你面对你所心仪的对象，情志应充分外露而不需内藏此夏气之应，养长之道也（大意是：这才是适应夏天的气候，保护长养之气的方法”。 《内经》这段文字之妙，在于通篇讲的是“气”。夏季养生的关键是使人“无怒”，“气旺”可充分地、正常地“宣泄”，但不能“乱”。心情烦躁就是“乱”，就是“逆”，就会使“神志”受伤。所以，“夜卧早起”，跟着夏季的规律养生，有助于人的阳气向外生发，“心火”便会降下来。 到了夏天，不妨有意进行一些可以使人心旷神怡的活动：适当地晨练，适当地娱乐，适当地避暑休养……总之，入夏之时，养“心”为上，养“心”为先。谨记一个伟大的思想家的名言：“一份愉快的心情胜过十剂良药”!（编辑：郭子东） 木头可以长蘑菇，……（但）只有在一个特定的环境下，它才能长出一个蘑菇来。如果这个环境不变，你摘掉这个蘑菇，这个蘑菇肯定还会再长出来……干燥的木头即使有蘑菇菌种也不会长出来。——环境决 定 治疗咳嗽、发烧的误区
我们一得病发烧了，咳嗽了，就要到医院去。你到医院里，我们现在医院做的什么检查呢？它的一切检查都要紧紧地围绕着这个致病因子是什么？找到致病因子并杀死它，病的问题就解决了。 这就是我们现代医学里的思维，这种思维对不对呢？我想在一定程度上是对的，因为这件坏事是他做的，你把他处理了，这事件就平息下来了。但是从根本上讲，它的弱点是什么？这个致病因子，它之所以能够在自然界存在，是因为它有在自然界存在的理由。你想要杀死它，它就要千方百计地活下去，大自然没有让它死。于是它就要千方百计地活下去，它就要产生变异，它变异的速度可能远远比人类研制药物的速度要快得多。 四大中医药方，医治甲型流感 正如当年的SARS一样，本次猪流感又引起了全球性恐慌。其实猪流感这种病症古已有之，也就是我们俗称的“猪瘟”。但是以前猪瘟的爆发，只是对猪产生危害，并不会影响到人。这次居然还有人因为猪瘟而死，自然就造成了民众的担忧。西医对此的解释是病毒变异，但是从中医角度来看，无论是对猪还是对人来说，猪流感致病的机理大同小异，并不是什么大不了的问题。而且猪流感完全是可以防治的，没有必要惊慌。 从中医方面来看，猪流感还是风寒导致的。所谓“春生、夏长、秋收、冬藏”，本来春天就是生发的季节，寒气容易入侵人体。今年又是湿寒主令，入春以来，气温时而高达近30度，时而又低至0度。这种冷热交替过于频繁必然容易患上风寒感冒。尤其是年轻人，不大注意随气温增减衣物，尤其容易感染。
磷酸铁锂电池地放电特性及寿命
磷酸铁锂电池（以下简称锂铁电池）作为铁电池的一种，一直受到业界朋友的广泛关注（也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种）。就铁电池而言，它可以分为高铁电池和锂铁电池，今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例，来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。 STL18650的锂铁电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。 图1 STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～+40℃）的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。 从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。 图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650（1100mAh）的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。 这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
蓄电池充电曲线的研究
引言 铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到了广泛的使用。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。 研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。 1蓄电池充电理论基础 上世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图1所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方向[1，2]。 图1最佳充电曲线 由图1可以看出：初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），使电池内部压力加大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极化现象。 蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下：
很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程，为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是，实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值才行,而这个数值又因为电极材料，溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。 一般来说，产生极化现象有3个方面的原因。 1）欧姆极化充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。 2）浓度极化电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。 3）电化学极化这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应进行缓慢Me－e→Me＋，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极，金属离子Me＋转入溶液，加速Me－e→Me＋反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目减少了，与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高，从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。 这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。 2充电方法的研究 常规充电法
锂电池充放电系统的设计毕业设计
题目：锂电池充放电系统的设计 所在院系：信息与通信技术系专业：电气工程及其自动化
摘要 随着电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携化和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前为止，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有很多不便。 本设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，说明了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对充电器的核心器件MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C 语言为开发工具，进行了设计和编码。保证了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。 该充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需求；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，使电池更好被运用到生活中。 关键词：单片机、MAX1898、AT89C51
Abstract Electronic technology's fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction, It also causes the more electrification products to use based on battery's power supply system. At present, the many use's batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time develop. Because the different type battery's charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual use. This topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system's hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery charger's core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated system's software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized system's reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion battery's condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable battery's charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstration's function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable battery’s service life. Key words: SCM,STC89c51, MAX1898
锂离子电池充放电机理的探索
锂离子电池充放电机理的探索 及“锂亚原子”模型的建立 贵州航天电源科技有限公司张忠林杨玉光 摘要：锂离子电池的研究和发展一直都是以“摇椅理论”为指导，由于受该理论的影响，很多现象很难用传统的电化学理论进行解释。作者在生产实践中通过对一些现象的观察，并做了大量的试验和研究，提出“锂亚原子”的模型，并在此模型的基础上，对锂离子电池的充放电反应机理和一些现象用电化学理论进行了解释。 主题词：锂离子电池、反应机理、锂亚原子 一、前言 锂离子电池是在锂金属电池基础上发展起来的。由于锂金属电池在充放电时出现锂枝晶，刺破隔膜造成短路，出现爆炸等现象，这一问题长期困扰锂金属电池的发展，目前仍很难投入到民用市场。锂离子电池研究始于20世纪80年代，1991年首先由日本索尼公司推出了批量民用产品，由于其具有比能量高、体积小、重量轻、工作电压高、无记忆效应、无污染、自放电小等优点，受到市场欢迎，并迅速占领市场，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、移动DVD、摄像机、数码相机、蓝牙耳机等便携式电子产品。目前主要产地集中在日本、中国和韩国，预计2004年全球需求量将达到10亿只。 由于锂离子电池从开始研究到现在才20多年时间，真正投入应用也只有十多年的时间，基础理论的研究还不是十分成熟，对锂离子电池的生产和发展很难起到全面指导作用，特别是对电池充放电反应机理的认识还存在很大分歧，有些现象用目前的理论和机理还很难解释。本文对锂离子电池充放电反应机理提出了一些看法，并对生产中存在的现象进行了解释，希望与锂电池同行共同探讨。二、基本原理 目前锂离子电池公认的基本原理为“摇椅理论”，该理论认为锂离子电池充放电反应机理不是通过传统氧化还原反应来实现电子转移，而是通过锂离子在层状物质的晶格中嵌入和脱出，发生能量变化。
蓄电池充放电状态
蓄电池特点 （1）使用寿命长 高强度紧装配工艺，提高电池装配紧度，防止活物质脱落，提高电池使用寿命。 低酸比重电液，提高电池充电接受能力，增强电池深放电循环能力。 增多酸量设计，确保电池不会因电解液枯竭缩短电池使用寿命。 因此GFM系列蓄电池的正常浮充设计寿命可达15年以上(25℃) （2）高倍率放电性能优良 高强度紧装配工艺，电池内阻极小，大电流放电特性优良，比一般电池提高20[%]以上。 （3）自放电低 高纯度原料和特殊造工艺，自放电很小，室温储存半年以上也可无需补电。 （4）维护简单 特殊氧气吸收循环设计，克服了电池在充电过程中电解失水的现象，在使用过程中电解液水份含量几乎没有变化，因此电池在使用过程中完全无需补水，维护简单。 （5）安全性高 电池内部装有特制安全阀，能有效隔离外部火花，不会引起电池内部发生爆炸。 （6）安装简捷 电池立式、侧卧、叠层安装均可，安装时占地面积小，灵活方便。 （7）洁净环保 电池使用时不会产生酸雾，对周围环境和配套设计无腐蚀，可直接将电池安装在办公室或配套设备房内，无需作防腐处理。 蓄电池的充放电特性 蓄电池具有自放电效应。从生产制造车间到用户使用，大约要延误数月的时间。以PA-NASONIC蓄电池为例，在30℃的环境温度下贮藏8个月，蓄
电池的残存容量仅为出厂时的一半，因此对于新购买的与配套的蓄电池，一般要进行一次较长时间的充电，这叫做初充电。蓄电池的初充电电流大小应按0.1C来充电，蓄电池在放电终了后可进行再充电，这叫正常充电。目前在UPS中普遍采用两种充电方式:浮充和脉充。所谓浮充电是指整流器的输出与蓄电池并联工作，并同时向负载供电，实际上此时整流器提供的电流分两路，一路送给负载，另一路送给蓄电池，以补充蓄电池自身内部损耗，浮充充电工作方式接线简单，对改善UPS输出瞬态响应特性有好处。脉冲充电的特点是充电电流随蓄电池容量而变化，用这种方式充电，可以缩短充电时间。 1.充电电压 由于UPS蓄电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。为延长蓄电池的使用寿命，UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制，蓄电池充满后即转为浮充状态。 对于端电压为12V的蓄电池，正常的浮充电压在13.5~13.8V之间。 浮充电压过低，蓄电池充不满，浮充电压过高，会造成过电压充电。当浮充电压超过14V时，即认为是过电压充电。严禁对蓄电池组过电压充电，因为过电压充电会造成蓄电池中的电解液所含的水被电解成氢和氧而逸出，使电解液浓度增大，导致蓄电池寿命缩短，甚至损坏。 2.充电电流 蓄电池充电电流一般以C来表示，C的实际值与蓄电池容量有关。举例来讲，如果是100Ah的蓄电池:C为100A。松下铅酸免维护蓄电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流决不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响蓄电池的使用寿命。 理想的充电电流应采用分阶段定流充电方式，即在充电初期采用较大的电流，充电一定时间后，改为较小的电流，至充电末期改用更小的电流。充电电流的设计一般为0.1C，当充电电流超过0.3C时可认为是过电流充电。避免用快速充电器充电，否则会使蓄电池处于“瞬时过电流充电”和“瞬时过电压充电”状态，造成蓄电池可供使用电量下降甚至损坏蓄电池。过电流充电会导致蓄电池极板弯曲，活性物质脱落，造成蓄电池供电容量下降，严重时会损坏蓄电池。 3.充电方式 铅酸蓄电池放电产物是硫酸铅，若不及时转化掉，会使蓄电池处于充电不足状态，从而降低蓄电池放电容量和缩短蓄电池使用寿命。因此，必须使蓄电池组处于充足电状态。对不同情况，可分浮充和均充。 (1)浮充充电。在线式蓄电池组是长期并联在充电器和负载线路上，作为 后备电源的工作方式。一般情况下，都采用浮充充电，单体蓄电池电压控
锂电池保护板工作原理资料
锂电池保护板工作原理 锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,下面以DW01 配MOS管8205A进行讲解: 锂电池保护板其正常工作过程为: 当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01 的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。 2.保护板过放电保护控制原理:
当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P 与P-间接上充电电压后，DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。 4.保护板过充电保护控制原理: 当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时,DW01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关
浅谈锂离子电池充放电
浅谈锂离子电池充放电 【摘要】本文浅析了锂离子电池充放电的原理，及其对电池寿命的影响。 【关键词】锂离子电池；充放电深度 0.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。在日常生活的使用中，超长时间充电和完全用空电量会造成过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏。从分子层面看，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，而过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，使得其中一些锂离子再也无法释放出来。因此对锂离子电池充放电过程的研究，有助于对锂电池进行合理的充电控制、对锂电池质量检测及延长锂电池的使用寿命等。 1.锂离子电池的充放电原理 目前锂电池公认的基本原理是所谓的”摇椅理论”。锂电池的充放电不是通过传统的方式实现电子的转移，而是通过锂离子在层状物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常充放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从充放电反映来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。在充放电时锂离子在电池正负极往返出入，正像摇椅一样在正负极间摇来摇去，故有人将锂离子电池形象称为摇椅池。 电池由正极锂化合物、中间的电解质膜及负极碳组成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等。电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）丙烯碳酸脂、（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP 或它们复合膜。外壳采用钢或铝材料，具有防爆的功能。锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满时的电压（称为终止充电电压）一般为 4.2V；锂离子电池终止放电电压为2.5V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.5V后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。 锂离子电池的特性是通过其充放电过程中端电压的变化反映出来的。电池端电压的变化间接体现了电池的充放电容量、内阻、表面升温、充放电平台、电极极化程度、寿命等指标随时间变化的规律。因此，充放电电压特性一致的电池在电化学特性上具有很好的一致性[3]。利用电池的动态特性配组的结果也会相应不同。
蓄电池充放电试验步骤
蓄电池充放电试验步骤 直流系统蓄电池充放电试验 MK-11-65AH/220V 型直流电源 一、 1、断开直流系统蓄电池充电开关。 2、拆除蓄电池充电开关接线，并用绝缘胶带做好标记。 3、将放电试验仪器与蓄电池出充电关连接。 4、合上蓄电池充电开关，调节放电试验仪器将电流控制在10A以内 5、每隔半小时记录电流、每块电池的电压及温度。 6、当电池电压降到10、5V时停止放电试验。 7、试验过程中随时检查电池，若温度或电压出现明显变化将其隔离后再进行试验。 8、当故障蓄电池达到整组蓄电池的20%时，更换整组蓄电池。 记录各只蓄电池的端电压、温度，进行下面步骤: (1)选择放电电流为10小时放电率的电流，在直流屏上合上放电柜的小开关，观察放电柜电流表显示值应小于10小时率放电电流，然后调节放电电阻，使放电电流为10小时放电率电流为止。此时，观察毫伏表所反映的电流与放电柜的电流一致，当明显不一致时，应检查接线是否有误，如果只存在一定误差，应以毫伏表的读数为准; (2)维持该放电电流，初始阶段每两小时记录一次每只电池的端电压、温度，观察电池是否出现酸液外溢、外壳裂损等异常现象。———————————————————————————————————————————————
但当放电至电池电压普遍降至10.9V左右时，应每小时记录一次。在放电末期，当电池电压普遍降至10.87V左右时，电池电压下降很快，应密切注意电池的端电压，防止过放电; (3) 在放电过程中，如果有个别电池过早降至终止电压10.8V或其它异常现象要对其进行隔离，方法是先断开放电小开关，中止放电，再将异常电池与前后电池的连接板断开，使异常电池与蓄电池组隔离，然后用已准备好的长2m、截面积为50mm2的短接线将异常电池前后的电池连接，使蓄电池组重新构成回路，这样就将异常电池隔离。之后在直流屏上合上接放电柜的放电小开关3QF，继续放电。注意应该先断开异常电池与前后电池间的连接板，再将其前后电池连接，否则将使电池正负极直接短路，造成损坏电池、伤害人身的事故; (4)蓄电池的放电终止电压为10.8V，当电池电压普遍降为10.8V时，并使电压不合标准的电池数控制在3% 以内，断开直流屏上放电柜小开关3QF,停止放电,观察各电池是否有异常，如果有，应该分析原因并解决问题。 (5) 放电完毕，检查各只蓄电池电压、温度、电池绝缘等是否正常，并计算出放电容量; 1) 电池容量的计算方法为: C25=Ct/[1+0.008(t-25?)] 式中:C25——换算为25?时的容量，Ah Ct——电解液平均温度为t?时的容量，Ah T——电解液的平均温度，? ——————————————————————————————————————————————— 上式只适用于电解液温度在10-40?范围内;