经验交流 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 自动化技术与应用》２００８年第２７卷第１ ２期 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１ ５００８０） 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，而且所用时问相对较长，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问进行限Ｓｔｈ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／ｄｉｓｃｈａ唱ｅ 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 ｃｈａｒａｃｔｅ ｒｉｓｔｉｃｓ：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 整个电池系统的反应方程式如下式３所示。 放电 ＬｉＣ＋Ｌｉ１一 ＣｏＯ ２ 、充电 Ｌｉ１一 Ｃ＋ＬｉＣｏＯ ２（３） 、 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 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一７１０３电池测试系统上对 电池进行充放电。 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。 ２．１充电实脸设计 大电流恒流充电条件描述： １．室温； ２锂离子电池特性 试验选用的电池为ＳＯＮＹ ＮＰ一５１０锂离子单体电 池，电池正极主要成分为ＬｉＣｏＯ：负极主要为Ｃ，正极 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 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【５１。 放电充电 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。 ． ＬｉＣ＝二二Ｌｉ１一 Ｃ＋ｘＬｉ ＋ｘｅ一 Ｌｉｌ．＿（１） ２．２放电试验设计 大电流恒流放电条件描述： １．室温； ＣｏＯ ２＋ｘＬｆ＋ｘｅ－ 兰＝＝ＬｉＣｏＯ ２ （２） ２．新的电池； 收稿日期：２ ｏ ｏ８一ｏ ７—１ ８ 自动化技术与应用》２００８年第２ ７卷第１ ２期 经验交流 ＴｅｃｈｎｉｃａＩ Ｃｏｍｍｕ１３ｌｃａｔｉ０ｎｓ ３．完全充饱以后进行５ ５ ０ ｍ Ａ的恒流放电； 低到３．０Ｖ。通常情况下电池容量小于４０％即认为应该 ４．测量电池电压时，不关断放电回路，测量电池实 重新充电。 际工作电压．携带放电电流对电压的影响。 ～ ０ （、 当单体电池的最低端电压低于３．ＯＶ时，停止放电。 一。 一．６３一 一一记录充放电过程中的相关数据。 一．２３６ ； ～ … －一＿… 一一一 ：：：： ３，７９７ ３．３９８ ３结果与讨论 ２．９９９ ３．１充电性能 一』 ２。６ｏ１ ｉ — 一 一一 ＶｏｌｔＷ） ｏ ２７ ５５ ８２ １ｏ９ 一．３≯６ Ｍｉｎ Ｖ０ｌｃ、 ３．９２— 畸．６３一 ３．右１● 再．２３６ ３．１０４ ２．６尊一｜ 一 ９１伯 ８ 鸵 ９ ∞ ｏ 鹕 ｏ 吾 ； ㈨一３．７ｇ７ 佃 咎１ 尊 盯 ９ ｏ ｏ ∞ ３ ３９８ ２．２８一 ２．９９９ Ｄ ３● Ｂｇ １ ０３ １ ３７ １ ２．６０１ ¨ｉｎ Ｖ０Ｉ ，） ４．３８３ ，．９１— ３。４ｅ７ 图２ 单体电池５５０ｍＡ放电曲线 ３。ｏ８’ ２。彝３．＿ 表１ 单体电池开路电压与ＳＯＣ的关系 ． ２．２ｏ８ ＳＯ 电挑开路电压 Ｕ — ， Ｉ Ｕ＿ Ｉ ｌ １ ２ ３ ４ Ｓ ６ 卜一．ｉｎ １００ ４．１９ ４．１９ ４．２０ ４．１８ ４－２Ｏ ４－１９ 图１ 单体电池５５０ｍＡ充电曲线 ９０ ３．９Ｔ ３．９６ ３．９５ ３．９３ ３．９５ ３．９６ ８０ ３．８７ ３．８８ ３．８９ ３．８６ ３．８５ ３．８Ｔ 单体电池以５５ＯｍＡ充电的曲线，如图１所示。 ７０ ３．８０ ３．７９ ３．Ｔ８ ３．７Ｔ ３．７７ ３．７９ 由图ｌ可知：单体电池的电压在充电初期有较大上 ６Ｏ ３．７３ ３．７２ ３．７１ ３．７２ ３．Ｔ３ ３－７２ 升，之后趋向平缓。在充电后期恒压充电阶段，电池电 ５０ ３．６８ ３．６６ ３．６Ｔ ３．６８ ３．６９ ３－６７ ４０ ３．６４ ３．６４ ３．６５ ３．６６ ３．６６ ３－６５ 压保持不变，充电电流逐渐减小。按照编程表，５５０ｍＡ ３０ ３．６２ ３．６１ ３．６１ ３．６２ ３．６１ ３．６２ 恒流充电，在电池电压达到４．２０Ｖ以后转换成恒压充电。 ２０ ３．５８ ３．５７ ３．５６ ３．５８ ３．５５ ３＿５８ １０ ３．５１ ３．５ｏ ３．４９ ３．５ｌ ３．５ｏ ３．５１ ３．２放电性能 ５ ３．４２ ３．４０ ３．３９ ３＿４２ ３．４ｌ ３－４２ 单体电池以５５０ｍＡ放电的曲线，如图２所示。 ０ ３．００ ３．０１ ２．９９ ２．９９ ３．ｏ０ ３．００ 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 表２ 单体电池的充放电容量 后放电曲线逐渐趋于平缓，进人“平台区”。这一阶段持 恒；氚充 恒压充 恒流放 恒流 恒蔷｝【 续的时间与电压值、环境温度、放电倍率、电池的质量 ｍＡｈ ｜ｌＬＡｈ ｍＡｈ 充占 放占 和寿命等有关；③放电末期，曲线有呈直线下降的趋势。 比例薯 比例’‘ 在常温下５５０ｍＡ恒流放电实验中，六只单体电池 １号 １１２４．９ １６４．２ １２１１．２ ８７．裙 ９３．９６ 的端电压随电池ｓｏｃ（荷电状态）变化的数据。以１０％的 ２号 １１０１。２ １７２．５ ｌ２０２．３ ８６。４ｇ ９４．∞ 容量间隔进行划分。如下表１所示。 ３号 ｉ１５０．３ １５８．５ １２４５．９ ８７．８８ ９５．１９ 锂离子电池的０ｃｖ（开路电压）在４．２０Ｖ到３．９０Ｖ ４号 １０９ ３．２ １９０．３ １２０４．５ ８５．１７ ９３．８４ 之间下降斜率较快，在３．８Ｖ前后有一个相对平缓的 ５号 １０８０．６ １７０．１ １１９８．７ ８６．３７ ９５．８４ 放电平台，在低于３．７Ｖ以后，电压随容量下降急剧降 ６号 １０８９．６ １７９．２ １２ｌ１．２ ８５．８６ ９５，．４６ 经验交流 《自动化技术与应用》２００８年第２７卷第ｌ２期 Ｔｅｃｈｎｉｃａ１ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳ 综合考虑六只单体电池的充放电容量，如下表２所示： 应的交流内阻测得，并绘制如图３所示。 通过对ＺＭ一７ １ ０３电池测试系统的测试曲线的分析 从图３可见：通过使用电池ＺＭ一３０００Ｅ电池内阻测试 可以得知，恒流充电阶段充入的容量为主要部分，而恒压 仪测得的电池的交流内阻随电池荷电状态的增大而增大。 充电阶段充人的容量为次要部分，计算恒压充电充入的容 量的平均值，大约占充入总容量的１３．６％，并且，综合考 ４ 结束语 虑，恒压充电阶段的实际意义并不是很大，在本实验中恒 通过对电池充放电曲线以及相关数据的分析，我 压充电充入的总容量小于２００ｍＡｈ，平均用时１小时，而 们得出了锂离子电池充电后期恒压充电阶段充人的容 恒压充电充入１００ ｍＡｈ平均所用只用大约１７分钟，剩下 量所占总容量的比例很小，而且所用时间相对较长，充 的时间所充入的容量不到１ ００ｍＡｈ，而且所用时间过长。 电效率很低的结论，所以应在编程表中对恒压充电阶 ３。３内阻与容量的关系 段的充电时间进行；通过对电池不同ＳＯ Ｃ所对应 ３７．５ 的交流内阻的测量可知，电池交流内阻随电池荷电状 态的增大而增大的结论。 ＾３９Ｄ ｏ｛ 参考文献： ＼三；４１ ５ ｎ】郭炳煜，李新海，杨松青．化学电源一电池原理及制造技 四 术【Ｍ】．长沙：中南大学出版社，２０００． ４３・。 【２】郭炳煜，徐徽，王先友，ｅｔ ａ１．理离子电池ｆＭ］．长沙：中南 大学出版社，２００２． 【３】陈清泉，孙逢春，朱嘉光．现代电动汽车技术【Ｍ］．北京： 北京理工大学出版社，２００２． ［４】胡广侠．锂离子电池充放电过程的研究［Ｉ）］．上海：中国科 学院上海微系统与信息技术研究所，２００２． １００ ８０ ６０ ４０ ２０ ０ ＳＯＣ （９，６） ［５】王志福，彭连云，孙逢春，电动车用锂离子动力电池充 放电特性［ＪＪ．电池，２００３，３３（３）：１６７—１６８． 图３ 电池内阻与ＳＯＣ的关系 锂离子电池交流内阻使用ＺＭ一３０００Ｅ电池内阻测 试仪测得。将电池不同ＳＯ Ｃ所对应的开路电压值所对 作者简介：张庆（１ ９ ８ ２一），男，硕士生，研究方向：电池检 测与智能控制技术。 （上接第１ １２页） 提高了钢水的产量和质量，创造了良好的经济效益。 驱动机制并简化ＷｉｎＳｏｃｋ网络编程，网关与二级的通 信系统使用了Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的基本类库（ＭＦＣ）提供的异 步套接字类ＣａｓｙｎｃＳｏｃｋｅｔ。该ＣａｓｙｎｃＳｏｃｋｅｔ类在很低 参考文献： ［１】高鸿斌等编著．西门子ＰＬＣ与工业控制网络应用ＩＮ】．北 程度上对ＷｉｎＳｏｃｋ ＡＰＩ进行了封装，它提供的低级接 京：电子工业出版社新址，２００６． 口几乎和ＷｉｎＳｏｃｋ ＡＰＩ的函数调用直接对应，使编程 ［２】蒋东兴，林鄂华，陈棋德，等．Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔｓ网络程 工作大大简化，而且，它提供了事件处理函数，通过对事 序设计大全【Ｍ】．北京：清华大学出版社，１９９９． 件处理函数进行重载，应用程序可以很方便地对套接字 ｆ３］汪翔，袁辉．Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋实践与提高——网络编程 篇［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１． 发送、接收数据等事件进行处理。需注意的是， ［４ Ｊ廖常初．￥７２３００／４００ ＰＬＣ应用技术［Ｍ】．北京：机械工 ＣａｓｙｎｃＳｏｃｋｅｔ只支持异步操作，不支持阻塞。 业出版社，２００５． 【５】陈建明主编．电气控制与ＰＬＣ应用 Ｊ．北京：电子工业 ５ 结束语 出版社新址，２００６． 炼钢厂转炉二级网络控制系统的使用，大大提高了 炼钢自动化的水平，提高了炼钢效率，本控制系统投运 以来，以其安全，方便，快捷赢得了客户的满意和支持， 作者简介：袁作林（１ ９ ８ ３一），男，硕士生，主研方向：信号与 信息处理。
