锂离子动力电池充放电特性的试验分析

2020-07-03朱攀峰

科学技术创新 2020年19期

关键词：模组充放电锂离子

朱攀峰

（哈尔滨远达通科技有限公司，黑龙江哈尔滨150028）

随着电动汽车、混合动力汽车以及插电式混合动力汽车等汽车的不断发展，锂离子是电动汽车中的关键元件，直接影响汽车运行的状态。分析锂离子电池的充放电特性，通过对锂离子电池模组的充放电试验分析，具有一定实践意义。

1 锂离子电池结构特点与试验

1.1 锂离子电池结构特点

锂离子动力电池是在20 世纪研发的新型高能电池，其具有能量高、电池电压高以及工作温度范围宽的特征，贮存寿命相关较长，具有显著优势，在军事以及民用小型电器中广泛应用。在电动汽车这应用，是21 世纪电动汽车的重要的动力电源，在人造卫星、航空航天、储能等各个领域中广泛应用。分析电池SOC、放电效率以及输出功率等因素，可以实现对锂离子电池的运行状态分析。进行锂离子电池的充放电特性分析，可以为锂离子电池的选择、电池模型的建立以及充放电的方式等工作开展提供有效的参考与支持。

1.2 锂离子电池性能试验

进行锂离子电电池性能试验，通过分析试验参数，试验流程以及常温状态之下的电池试验。

1.2.1 试验参数。试验应用的单体电池的参数如下所示：

表1 锂离子电池性能参数

通过NBT 电池测试系统进行处理，利用锂离子电池以及温度传感器、恒温箱等进行试验。

1.2.2 试验流程。通过试验台进行充放电的试验，了解内阻以及开始电压特性的相关试验。电池充电中关键就是恒流恒压，基于电池的实际应用需求。1.2.3 常温状态之下的电池试验。恒流充放电处理，在实验中其主要的恒流充放电参数为30,50,100,150A，其中SOC 值参数主要就是：20%～80%中的大电流（ 100,150A）充放电试验。进行电阻以及开路电压特性试验分析。

2 电池效率特性

分析电池效率定义，论述试验流程以及效率特性分析，可以为锂离子动力电池充放电特性研究提供有效的参考。

2.1 电池效率定义

分析电池应用中的充放电效率，建立一个电池试验的最佳充放电的模型，通过试验进行分析，确定最短的充电时间，进而达到提升电池的释放能力的目的，有效的增强了电池的应用寿命。在实践中可以通过容量、能量以及电压性，充放电效率参数表示电池的效率。对电池标椎电流分析，进行试验，基于电池容量、电池的SOC 值的标定分析，通过不同的放电率进行放电处理，对比分析放出的容量则可以获得在不同的SOC 值中的放电效率。

2.2 试验流程以及效率特性分析

对动力电池的技术参数进行处理，根据要求进行试验处理。在进行电池充电处理中，要根据要求操作。以0.3 电流做好充电处理，在3.6V 的时候截止。在将电池静置放置60 分钟。待在电池稳定之后，通过不同的放电率进行电池的处理，记录电池放出的容量信息，计算电池的效率。通过分析可以发现，电池放电效率会在放电电流逐渐放大呈现减小的状态中，在放电深度变化而放电效率会出现不断的变化，呈现变小的趋势。因为电池活性物质具有利用效率高以及充电效率高的特征，所以高温相对于常温充入的能力有有效提升。在低温环境中，在温度的作用之下，会导致电池充电放电容量的变化，其呈现减少的趋势。电池充放电效率也会下降。而在高温的环境中要根据实际的状态进行充放电的温度调整控制。锂离子电池的SOC 参数在温度环境中，会在0.3～0.9 范围中变化，其与工作电压呈现近似线性的关系。开路电压利用AH 法进行处理，做好电池SOC 估算分析，具有实践性。综合不同温度状态之下电池的变化，可以有效提升SOC 预估精度。同时，锂电池充放电内阻参数在0.9～1.15m 之间，其放电效率较高。

3 充电特性测试

根据要求进行充电性能测试分析，通过分析电池模组充电特性、充电特性测试为充电特性测试提供参考。

3.1 锂离子动力电池模组充电特性

锂离子动力电池在运行中需求精密精准的电压，要将电压控制在±1%之内，三元锂离子动力电池，其额定电压一般在3.7v，最高电压要设置4.2V,电流与电压均为恒定，保障其进入到充电状态。一般来说，在充电状态中的锂离子电池，电压上下波动并不会高于1%，在充电时间的增加中，锂离子电池会逐渐的进入到涓流充电的状态。涓流充电状态的锂离子电池会根据特定速度中不断的接受到外来的电荷，可以始终保持在饱和状态。

3.2 充电特性测试

3.2.1 测试对象。测试中利用5 串4 并电池模组进行分析，其中单体电池的额定容量参数为5Ah，额定电压参数3.7v。根据要求进行分析，做好变化记录分析。3.2.2 测试方法以及结果。在测试分析中，根据10s/ 次的测试方式进行测试监控，合理分析各项数据。利用计算机做好数据的计算。在试验中要做好温度控制管理，将其控制在25℃，主要利用恒流转恒压进行测试。电池模块在恒流充电阶段的电压变化呈现线性的关系，在恒压充电中电流会呈现逐渐的减小趋势。

4 锂离子动力电池模组放电特性组成

分析锂离子动力电池模组放电特性组成因素，进行测试分析，综合测试对象，测试方式，最终获得了一定的测试结果。了解了在不同的环节温度之下，合理调控是进行锂离子动力电池放电性能分析的关键因素。

4.1 锂离子动力电池模组放电特性

为了避免锂离子动力电池因为内部温度过高而导致的破坏问题。在进行放电处理中，要将电流控制在合理的范围中。电池在在达到放电截止电压之后，如果出现过放电的问题，严重的破坏了电池的整体性。锂离子动力电池在不同的温度环境中，在放电中电压以及放电容量的变化也是不同的。一般在10℃之上的温度中，锂离子动力电池的放电性之间没有太大的差异。而在小于0℃的环境中，锂离子动力电池放电倍率以及电压之间主要的关系是负相关，也就是在电流越高的状态中电压会快速的下降。

4.2 锂离子动力电池模组放电特性测试

4.2.1 测试对象。分析电池放电特性，过5 串4 并电池模组进行试验，在试验中模组额定容量参数数值为20Ah。4.2.2 测试方式。利用电路进行电池模组联结处理，调试模组，进行电路系统、气体等关键电子元件调整，通过计算机处理；准备各项工作，进行恒流放电处理，恒流放电单体截止电压参数信息为2.75v。在进行放电电流处理中其参数为1C, 试验温度参数分别为25℃、55℃、-20℃。4.2.3 测试结果。不同的温度环境获得的测试其结果不同。锂离子动力电池在25℃、55℃，环境温度中放电性能相差较大。而在-20℃条件电池的放电性会出现显著的差异。在25℃、55℃，放电初期电池模组电压速度在不断的下降，在放电中电压的速度呈现缓慢的趋势，在放电末期电压的速度会逐渐的下降。在-20 度状态中放电，初期电压下降，随着电池温度升高，电压则逐渐升高。电池的荷电状态以及所处的环节温度、对于锂离子动力电磁电压会产生一定的影响，环境温度如果过低，则电池的电压则就好越低。因此，在不同的环节温度之下，合理调控是进行锂离子动力电池放电性能分析的关键因素。