锂离子电池介绍 (包含充放电特性和判断方法)

作者: Nishizhen 分类: 杂七杂八 发布时间: 2016-01-20 16:48 ė 6没有评论

 

1. 锂离子电池介绍
1.1 荷电状态 (State-Of-Charge;SOC)
荷电状态可定义为电池中可用电能的状态,通常以百分比来表示。因为可用电能会因充放电电流,温度及老化现象而有不同,所以
荷电状态的定义也区分为两种:绝对荷电状态(Absolute State-Of-Charge;ASOC)及相对荷电状态(Relative State-Of-Charge;
RSOC)。通常相对荷电状态的范围是 0% – 100%,而电池完全充电时是 100%,完全放电时是 0%。绝对荷电状态则是一个当电
池制造完成时,根据所设计的固定容量值所计算出来的的参考值。一个全新完全充电电池的绝对荷电状态是 100%;而老化的电池
即便完全充电,在不同充放电情况中也无法到 100%。
下图显示不同放电率下电压与电池容量的关系。放电率愈高,电池容量愈低。温度低时,电池容量也会降低。

 图一、不同放电率及温度下电压与容量之关系

1.2 最高充电电压 (Max Charging Voltage)
最高充电电压和电池的化学成分与特性有关。锂电池的充电电压通常是 4.2V 和 4.35V,而若阴极、阳极材料不同电压值也会有所
不同。
1.3 完全充电 (Fully Charged)
当电池电压与最高充电电压差小于 100mV,且充电电流降低至 C/10,电池可视为完全充电。电池特性不同,完全充电条件也有所
不同。
下图所显示为一典型的锂电池充电特性曲线。当电池电压等于最高充电电压,且充电电流降低至 C/10,电池即视为完全充电。

图二、锂电池充电特性曲线

1.4 最低放电电压 (Mini Discharging Voltage)
最低放电电压可用截止放电电压来定义,通常即是荷电状态为 0%时的电压。此电压值不是一固定值,而是随着负载、温度、老化
程度或其他而改变。
1.5 完全放电 (Fully Discharge)
当电池电压小于或等于最低放电电压时,可称为完全放电。
1.6 充放电率 (C-Rate)
充放电率是充放电电流相对于电池容量的一种表示。例如,若用 1C 来放电一小时之后,理想的话,电池就会完全放电。不同充放
电率会造成不同的可用容量。通常,充放电率愈大,可用容量愈小。
1.7 循环寿命
循环次数是当一个电池所经历完整充放电的次数,是可由实际放电容量与设计容量来估计。每当累积的放电容量等于设计容量时,
则循环次数一次。通常在 500 次充放电循环后,完全充电的电池容量约会下降 10% ~ 20%。

图三、循环次数与电池容量的关系

1.8 自放电 (Self-Discharge)
所有电池的自放电都会随着温度上升而增加。自放电基本上不是制造上的瑕疵,而是电池本身特性。然而制造过程中不当的处理也
会造成自放电的增加。通常电池温度每增加 10°C,自放电率即倍增。锂离子电池每个月自放电量约为 1~2%,而各类镍系电池则
为每月 10~15%自放电量。

 图四、锂电池自放电率在不同温度下的表现

来源:何昌祐  Li-ion Battery and Gauge Introduction  

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