现代有轨电车混合动力技术：锂离子电池充放电特性

锂离子电池充电从安全、可靠及兼顾充电效率等方面考虑，通常采用两段式充电方法。第一阶段为恒流限压充电，第二阶段为恒压限流充电。锂离子电池充电的最高限压值根据正极材料不同而有一定的差别。

锂离子电池基本充放电电压曲线如图4-4所示。图中曲线采用的充放电电流均为0.3C。对于不同的锂离子电池，区别主要有两点：

1）第一阶段恒流值，根据电池正极材料和制造工艺不同，最佳值存在一定的差别。一般采用电流范围为0.2～0.3C。

2）不同锂离子电池在恒流时间上存在很大的差别，恒流可充入容量占总体容量的比例也存在很大差别。从车辆实际应用的角度，恒流时间越长，充电时间越短，更有利于应用。

图4-4 锂离子电池基本充放电电压曲线

锂离子电池放电在中前期电压稳定，下降缓慢，但在放电后期电压下降迅速。在此阶段必须进行有效控制，防止电池过放电，避免对电池造成不可逆性损害。

（1）充电特性的影响因素

1）充电电流对充电特性的影响。在电池允许的充电电流之内，增大充电电流，虽然可恒流充入的容量和能量将减少，但有助于总体充电时间的减少。在实际电池组应用中，可以以锂离子电池允许的最大充电电流充电，达到限压后，进行恒压充电，这样在减少充电时间的基础上，也保证了充电的安全性。但充电电流的增加，也将带来电池内阻能量损耗的增加。(www.xing528.com)

大量试验证明，在充电过程中锂离子电池的内阻变化在0.4mΩ之内，电池内阻能耗与充电时间基本呈线性关系，而同充电电流成平方关系。在充电初期，充电电流将是内阻能耗的主要影响因素，电流大的能耗大；在此之后，充电时间将是内阻能耗大小的主要影响因素，充电时间长的能耗大。对充电过程进行综合考虑，由于充电电流与内阻能耗成平方关系，是影响内阻能耗的主要因素，所以充电电流大的内阻能耗大。在实际电池应用中，应综合考虑充电时间和效率，选择适中的充电电流。

2）放电深度对充电特性的影响。大量试验证明：

①随放电深度增加，充电所需时间增加，但平均每单位容量所需的充电时间减少，即充电时间的增加同放电深度不成正比增加。

②随放电深度增加，恒流充电时间所占总充电时间比例增加，恒流充电容量占所需充入容量的比重增加。

③随放电深度增加，等安时充放电效率有所降低，但降低幅度不大。

3）充电温度对充电特性的影响。随环境温度降低，电池的可充入容量明显降低，而充电时间明显增加。低温（-25℃）同室温（25℃）相比，相同的充电结束电流，可充入容量和能量降低约25%～30%。若以5A为充电结束电流，则电池仅充入在此温度下可充入容量或能量的75%～85%。但降低充电结束电流，就意味着充电时间的大幅增加。在冬季低温情况下，电池可充入容量低，因此，为了防止电池过放电，必须降低单次充电电池的可用容量。

（2）放电特性影响因素 在室温情况下对电池充电，在不同温度下放电，对电池可放出的能量的影响大于对电池放电容量的影响。在放出容量占可放出容量40%～50%时，单位安时放出的能量最多。在低温情况下，电池的放电电压较低，尤其在放电初期同样的放电电流下，电池电压将出现一个急剧的下降，所以放电能量偏低；在放电中期，放电消耗在电池内阻上的能量使得电池自身的温度升高，锂离子电池活性物质的活性增加，电池电压有所升高，因此可放出的能量增加；在放电后期，电池电压降低，单位时间放出的能量随之降低。

在同一温度，同样的放电终止电压下，不同的放电结束电流，可放出的容量和能量有一定的差别。电流越小，可放出容量和能量越多。如上述放电试验，0.05C比0.5C可放出容量和能量增加约为5%～7%。