「今日爆料」锂电池从业者必读锂电池充放电曲线综合分析（二）

8通道5V20A检测仪，容量平衡测试示例

16路5V10A容量均衡测试仪的一些应用实例

14电池工作电压

工作电压又称端电压，是指电池处于工作状态，即电路中有电流流过时，电池正负极之间的电位差。当电池放电时，流过电池的电流必须克服由于电池内阻而产生的电阻，这会导致欧姆电压降和电极极化。因此，工作电压始终较低。充电时与开路电压相同，反之，端电压始终高于开路电压。换句话说，当电池因极化而放电时，电池的端电压变得低于电池的电动势，而当电池充电时，电池的端电压变得高于电池的电动势。电池的。电池。

由于极化现象，电池在充放电过程中瞬时电压与实际电压会出现一定的偏差。充电时，瞬时电压略高于实际电压；充电后，极化消失，电压再次下降；放电时，瞬时电压略低于实际电压；放电后，极化消失，电压回升。

电池端电压的配置如图4所示，计算公式为

其中，E+和E-分别表示阳极和阴极的电位，E+0和E-0分别表示阳极和阴极的平衡电极电位，VR表示欧姆极化电压，eta+和eta-分别表示阳极电压和阴极电位。分别表示正电位和负电位的转变电压。

2放电测试的基本原理

基本了解了电池的电压后，我们开始分析锂离子电池的放电曲线。放电曲线基本上反映了电极的状态，是阳极和阴极状态变化的叠加。

上图显示了典型商用电池的典型放电电流和电压曲线。在整个放电过程中，锂离子电池的电压曲线可分为三个阶段。

1)最初，电池的端电压迅速下降。放电倍率越高，电压下降越快。

2）电池电压进入一个缓慢变化的阶段，称为电池的区。放电倍率越小，区持续时间越长，电压越高，电压下降越慢。

3）当电池电量接近放完时，电池负载电压开始迅速下降，直至达到放电截止电压。

21放电测试模式

充放电测试设备通常使用半导体器件作为流动元件。通过调整半导体器件的控制信号，可以模拟恒流、恒压、恒阻等各种特性的负载。锂离子电池放电测试模式主要有恒流放电、恒阻放电、恒功率放电等。每种放电方式中还可以区分连续放电和间隔放电，间隔放电又分为间歇放电和脉冲放电。放电测试时，电池按照设定的模式进行放电，达到设定的条件后停止放电。放电截止条件包括设定电压截止、设定时间截止、设定容量截止、设定负电压。电池放电电压的变化，包括梯度截止，与放电系统有关。即放电曲线的变化受放电制度的影响，包括放电电流、放电温度、放电终止电压、间歇或连续放电等。放电电流越大，工作电压下降得越快，并且随着放电温度的升高，放电曲线变化得越慢。

恒流放电

恒流放电时，设定电流值，调节数控恒流源达到该电流值，从而实现电池的恒流放电，同时改变电池的端电压。采集来检测电池的放电特性。恒流放电是放电电流不变，但电池电压不断下降，因此功率不断下降的放电。图3为锂离子电池恒流放电的电压和电流曲线。由于采用恒流放电，因此可以方便地将时间坐标轴转换为容量坐标轴。图6为恒流放电时的电压-容量曲线。恒电流放电是锂离子电池测试中最常用的放电方法。

图6不同倍率下的恒流恒压充电和恒流放电曲线。

持续放电

恒功率放电时，首先设定恒功率的功率值P，采集电池的输出电压U。放电过程中，P必须恒定，但U不断变化，因此数控恒流源的电流I必须按照公式I=P/U不断调节，才能实现恒功率放电。如果保持放电功率恒定，则在放电过程中电池电压会不断下降，因此恒功率放电时电流会不断上升。由于采用恒功率放电，因此可以方便地将时间坐标轴转换为能量坐标轴。图7显示了锂离子电池的典型恒功率充放电曲线。

图7不同倍率下的恒功率充放电曲线

恒流放电与恒功率放电对比

图8磷酸铁锂电池不同速度充放电容量图及不同速度下两次充放电测试结果曲线图。

根据图8a的容量曲线，恒流模式下随着充放电电流的增大，电池的实际充放电容量逐渐减小，但变化比较小。恒功率模式下，电池的实际充放电容量随着功率的增大而逐渐减小，且速度越高，容量减小得越快。1小时率放电容量低于恒流模式。同时，当充放电倍率低于5小时率时，恒功率条件下电池容量较大，而当充放电倍率高于5小时率时，电池容量较大。恒流条件下更高。

从图8b所示的容量-电压曲线可以看出，低速条件下，两种模式的磷酸铁锂电池的容量-电压曲线接近，充放电电压几乎不变。高速条件下，电流-恒压模式的恒压时间明显变长，充电电压明显上升，放电电压明显下降。

恒阻放电

恒阻放电时，首先设定一个恒阻值R，采集电池的输出电压U。在放电过程中，R必须是恒定的，但U是不断变化的，必须相应地不断变化。公式I=U/R。通过调节数控恒流源的电流I值来实现恒阻放电。放电过程中，电池电压不断降低，内阻不变，因此放电电流I也随之减小。

连续放电、间歇放电、脉冲放电

电池放电有恒流、恒功率、恒阻三种模式，但采用定时功能控制连续放电、间歇放电、脉冲放电。图9显示了典型脉冲充放电测试的电流曲线和电压曲线。

图9典型脉冲充放电测试的电流曲线和电压曲线

22放电曲线中包含的信息

放电曲线是指电池在放电过程中电压、电流和容量随时间变化的曲线。充放电曲线包含的信息非常丰富，包括容量、能量、工作电压和电压以及电极电位和荷电状态的关系。放电测试期间记录的主要数据是电流和电压的时间变化。下面详细介绍从这些基础数据中可以得到的很多参数。

电压

在锂离子电池放电测试中，电压参数主要包括电压、中间电压、平均电压、截止电压等。

电压是指最小电压变化和最大容量变化对应的电压值，可以从dQ/dV的峰值得到。

中位电压是指电池容量一半对应的电压值。对于具有明确的材料，如磷酸铁锂、钛酸锂，中位电压即为电压。

平均电压是电压-容量曲线的有效面积除以容量，计算公式为=UtItdt/Itdt。

截止电压是指电池放电时允许的最低电压，如果低于放电截止电压的电压继续放电，电池两端的电压会迅速下降，造成过放电。过度放电会导致电极活性材料损坏、响应能力降低、电池寿命缩短。

正如第一部分所述，电池的电压与正负极材料的荷电状态以及电极电位有关。

容量和比容量

电池容量是指电池在特定的放电系统中发出的电量，它表示电池储存能量的能力。单位为Ah或C。容量受放电电流、放电温度等多种因素影响。容量由阳极和阴极中活性材料的数量决定。

理论容量这是所有参与反应的活性物质提供的容量。

实际容量特定排放系统实际排放的容量。

额定容量是指电池在设计放电条件下所能提供的最小电量。

在放电测试中，容量是通过电流与时间的积分来计算的。也就是说，恒流放电时C=Itdt，电流恒定，恒阻R放电时，C，C=Itdt=It。=Itdt=1/RUtdt1/Rt。

比容量为了比较不同的电池，引入比容量的概念。比容量是指电极活性物质的单位质量或单位体积给出的容量，称为质量比容量或体积比容量。一般计算方法如下比容量=电池首次放电容量/

影响电池容量的因素

a电池放电电流电流越大，输出容量越小。

b.电池放电温度随着温度降低，输出容量降低。

C。电池的放电截止电压根据电极材料和电极反应本身的来设定，放电时一般为30V或275V。

d.电池的充放电次数电池经过多次充放电后，由于电极材料的缺陷，电池的放电容量会下降。

电池充电条件充电速度、温度、截止电压等影响电池容量并决定放电容量。

电池每次充放电数据都会存在一定的偏差，与电池性能、测试条件、机器本身的精度有关。

如何测量电池容量

不同行业根据使用条件有不同的测试标准。对于3C产品中使用的锂离子电池，根据国家标准《GB/T18287-2000移动电话用锂离子电池通用规范》，电池额定容量测试方法如下

a充电02C5A充电；

b放电02C5A放电；

C。您执行五个周期，一旦达到一个周期，您就被认为符合资格。

对于电动汽车行业，根据国家标准《GB/T31486-2015电动汽车用动力电池电性能要求及试验方法》，电池额定容量是指电池放电时释放的容量Ah。在室温下，出现1I1A的电流并达到终止电压。这里I1是1小时放电电流，其值等于C1A。测试方法如下

a)室温下以1I1A恒流充电至本公司规定的充电终止电压，然后转恒压充电，当充电终止电流降至005I1A时，停止充电，充电后放置1小时。

b室温下，电池以1I1A电流放电，直至达到公司技术条件规定的放电终止电压。

c测量放电容量并计算放电比能量。

d如果连续3次测试结果的范围小于额定容量的3，则重复步骤a)-c)五次。测试可能会提前终止，并且将使用最后三个测试结果的平均值。

要正常测试电池，可以使用测试仪多次测试电池数据，待测试数据稳定后取平均值。

23放电曲线的基本形状

放电曲线最基本的形式是电压-时间曲线和电流-时间曲线，通过时间轴转换计算，常见的放电曲线有电压-容量曲线、电压-能量曲线和电压-SOC曲线。

电压-时间和电流-时间曲线

图10电压-时间和电流-时间曲线

电压-电容曲线

图11电压-电容曲线

电压-能量曲线

图12电压-能量曲线

一、充放电曲线怎么分析？

1-分析充放电曲线的方法有多种。2-首先，可以通过观察充放电曲线的形状来判断电池的性能。如果充电曲线呈现平稳上升趋势，则说明电池的充电效率高，如果放电曲线呈现平稳下降趋势，则说明电池的放电性能良好。3-您还可以通过计算充放电曲线的斜率来分析电池性能。充电曲线的斜率越大，电池充电的速度越快，放电曲线的斜率越小，电池放电的时间越长。4-除了上述方法外，还可以通过测量充放电曲线的电压和电流来计算电池的内阻和容量，更全面地评价电池的性能。此外，数学模型可以应用于充电和放电曲线，以预测电池寿命和性能退化。