锂电池充放电特性解析

锂电池充电从安全、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，第二阶段为恒压限流。锂电池充电的最高限压值根据正极材料不同而有一定差别。

锂电池基本充放电电压曲线如图7-2-3所示。图中曲线采用的充放电电流均为0.3C。对于不同的锂电池，区别主要有两点：

图7-2-3 锂电池基本充放电电压曲线

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

2）不同锂电池在恒流时间上存在很大差别，恒流可充入容量占总体容量的比例也存在很大差别。从电动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。

锂电池放电在中前期电压稳定，下降缓慢，但后期电压下降迅速。在此阶段必须进行有效控制，防止过放电，避免对锂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。在锂电池允许的充电电流范围内，增大充电电流，虽然可恒流充入的容量和能量会减少，但有助于总体充电时间的减少。在实际电池组应用中，可用锂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，也会使锂电池内阻能量损耗增加。

大量试验证明，在充电过程中，锂电池的内阻变化不大于0.4mΩ，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，充电时间是内阻能耗的主要影响因素，充电时间长的能耗大。对充电过程进行综合考虑，因为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。在实际应用中，应综合考虑充电时间和效率，选择适中的充电电流。(www.xing528.com)

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，但每单位容量所需的平均充电时间减少，即充电时间的增加与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例增加。

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，锂电池的可充入容量明显降低，而充电时间明显增加。低温（-25℃）和室温（25℃）两种情况下，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为充电结束标准，则锂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，锂电池可充入容量低，因此，为防止锂电池过放电，必须降低单次充电电池的可用容量。

（2）放电特性影响因素

在室温情况下对锂电池充电，在不同温度下放电，对锂电池可放出的能量的影响大于对锂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，锂电池的放电电压较低，尤其在放电初期同样的放电电流下，锂电池电压会出现急剧下降，因此放电能量偏低。在放电中期，放电消耗在锂电池内阻上的能量使锂电池自身的温度升高，锂电池活性物质的活性增加，锂电池电压有所升高，因此可放出的能量增加。在放电后期，锂电池电压降低，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%。