一、電池的容量特性
容量測試得到電池在不同倍率下的放電電壓與容量關係曲線如圖3所示。
圖3 不同倍率下的放電電壓與容量的關係曲線
從圖中可以看出,在整個放電過程中鋰離子電池的電壓曲線可以分為3個階段:
1)電池在初始階段端電壓快速下降,放電倍率越大,電壓下降的越快;
2)電池電壓進入乙個緩慢變化的階段,這段時間稱為電池的平台區,放電倍率越小,平台區持續的時間越長,平台電壓越高,電壓下降越緩慢。在鋰離子電池的實際使用過程中,盡可能希望電池工作在平台區;
3)在電池電量接近放完時,電池負載電壓開始急劇下降直至達到放電截止電壓。從容量測試的結果中,同時還可以得到放電電流與容量的曲線關係,如圖4所示。
圖4 不同放電電流與容量的關係曲線
從圖中可以看出,電池放電電流的大小,會直接影響到電池的實際容量。放電電流越大,電池容量相應減小,這表明放電電流越大,到達終止電壓經歷的時間越短。所以談到電池容量時,應指明其放電電流(放電倍率)。
二、電池開路電壓特性
開路電壓測試[6]得到鋰離子電池開路電壓與電池soc的關係曲線如圖5所示。
圖5 電池充電與放電時的ocv-soc曲線
從圖中可以看出,電池的ocv-soc曲線與電池放電電壓曲線趨勢基本相同。在soc的中間區間(20%<soc<80%)內,電池的ocv變化極小,電池處於平台區;而在soc的兩端區間(soc<10%和soc>90%),ocv 的變化率較大,整個磷酸鐵鋰電池的ocv-soc曲線呈現中間區域平坦,頭尾兩端陡峭的樣子,開路電壓法即是利用這一穩定的對應關係進行soc估計。
鋰離子電池ocv-soc關係曲線受溫度、放電倍率、老化程度因素影響較小[7],但在充放電2種狀態下,兩條特性曲線之間會存在一定差異。
三、電池內阻特性
圖6表示磷酸鐵鋰電池在充電和放電時的歐姆內阻。
圖6 電池內阻變化曲線
磷酸鐵鋰電池的歐姆內阻曲線呈現以下的特點:在圖6中較寬廣的soc圍內,即soc=[10%,100%]的區間內,電池的歐姆內阻變化很小,而在較低的soc區間內,隨soc的降低歐姆內阻出現較大幅度的增長,這是因為電池放電末期,電池內部化學物質活性降低;在整個soc範圍內,充電歐姆內阻總體大於放電歐姆內阻,這是因為鋰離子電池放電屬於自發反應,較容易;充電是由外部電源作用,使鋰離子嵌入負極,較困難。需要說明的是,電池的內阻變化非常複雜,受溫度、放電深度、充放電倍率、迴圈次數等因素影響。同一型別的不同電池單體,還與電池出廠不一致性和工作環境的不同相關。
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