本帖最后由sjl2001于2017-2-1410:10編輯春節(jié)就這么不知不覺(jué)的過(guò)去了，我承認(rèn)又犯懶了，這么久第二集電池講座還沒(méi)有出來(lái)，各位久等了。

首先回顧一下上一集的內(nèi)容http://bbs.專注于大電流電感設(shè)計(jì)、制造/thread-511714-1-1.html上一集主要介紹了電池相關(guān)的基本概念，這一集將分析一下電池的基本特性。

鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)主要依靠鋰離子穿透隔膜在正負(fù)極之間的遷移儲(chǔ)存和釋放能量的。

鋰電池反應(yīng)機(jī)理如圖所示。

電池反應(yīng)機(jī)理

負(fù)極材料一般是層狀結(jié)構(gòu)的石墨，一般以正極材料命名電池，如鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。

鋰離子電池利用的是化學(xué)反應(yīng)形成的鋰離子濃度差原理構(gòu)成的，正負(fù)極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。

隔膜采用高強(qiáng)度薄膜聚烯烴多孔膜結(jié)構(gòu)，主要作用是分隔正負(fù)電極防止短路，此外隔膜還具有導(dǎo)通電解質(zhì)離子的功能。

電子無(wú)法通過(guò)隔膜只能通過(guò)集流體從電池外部形成電流。

充電時(shí)鋰離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解液嵌入負(fù)極，負(fù)極表面聚集大量鋰離子呈富鋰狀態(tài)，正極呈現(xiàn)貧鋰狀態(tài)。

此時(shí)，電子在外電路形成從正極到負(fù)極的電流進(jìn)行電荷補(bǔ)償。

放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫出，通過(guò)電解液嵌入正極，此時(shí)正極富鋰狀態(tài)，負(fù)極貧鋰狀態(tài)，外電路形成從負(fù)極到正極的電流進(jìn)行電荷補(bǔ)償。

從鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，鋰離子傳遞電荷的能力與鋰離子濃度和嵌入化合物的種類有關(guān)。

在穩(wěn)定狀態(tài)下不同soc狀態(tài)電池電動(dòng)勢(shì)是存在固定的非線性關(guān)系的。

具體曲線如圖所示。

電池電壓特性

從圖中看，soc低的時(shí)候開(kāi)路電壓低，一直到20%soc時(shí)幾乎是線性增大的，中間20%-60%和70%-100%有兩個(gè)平臺(tái)，在實(shí)際充電過(guò)程中由于極化現(xiàn)象充電末期電壓有一個(gè)陡增的過(guò)程。

這個(gè)圖是磷酸鐵鋰電池開(kāi)路電壓曲線。

三元材料電池也存在類似曲線，但中間平臺(tái)期不那么明顯。

有感興趣的可以找一些相關(guān)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)一下。

電池根據(jù)他的反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行建模，比較常見(jiàn)的模型是等效電路模型

等效電路模型

模型中Uocv就是電動(dòng)勢(shì)，R是等效歐姆內(nèi)組，表示電池正負(fù)極材料的固有物理屬性，R1就是極化內(nèi)組，屬于電化學(xué)特性，并聯(lián)的電容是極化電容。

U代表測(cè)量得到的端電壓。

電池在充放電過(guò)程中，由于電流的作用，內(nèi)組上產(chǎn)生電壓降，充電時(shí)高于開(kāi)路電壓，放電時(shí)低于開(kāi)路電壓。

不同倍率電池放電曲線如圖所示。

不同倍率電池放電曲線

電池歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)組曲線

圖中R0是歐姆內(nèi)組，R1是極化內(nèi)組，較低SOC時(shí)歐姆內(nèi)組大，極化內(nèi)組也大，在中段SOC都相對(duì)平穩(wěn)。

一般電池內(nèi)組幾個(gè)毫伏，隨溫度變化規(guī)律如上圖所示。

此外，鋰離子電池老化特性也十分重要，包括日歷老化和充放電循環(huán)使用造成的老化。

所謂日歷老化，就是化成完成后，長(zhǎng)時(shí)間靜置，電池容量會(huì)衰減，這個(gè)過(guò)程一般時(shí)間比較長(zhǎng)，幾個(gè)月甚至1年。

而使用老化主要是電池使用過(guò)程中負(fù)極表面形成阻礙鋰離子遷移的SEI膜，隨著SEI膜的增厚，鋰離子遷移受阻，傳遞能量也變少。

典型的老化曲線如圖所示。

電池老化曲線

圖中是不同倍率循環(huán)老化的曲線，倍率越大老化越快。

這只是恒流充放電老化的曲線，而實(shí)際工況下的老化還需要進(jìn)一步研究，由于沒(méi)有普遍性和對(duì)比的可能，所以一般都采用固定工況和循環(huán)老化來(lái)評(píng)價(jià)電池老化特性。

至此，電池開(kāi)路電壓特性、放電特性、老化特性、內(nèi)組特性等都介紹完畢，希望上述內(nèi)容對(duì)看客們有所益處。

老規(guī)矩，提兩個(gè)問(wèn)題：1、從上面圖中曲線看，在低溫環(huán)境下放電時(shí)電池開(kāi)路電壓與室溫相比大還是小？2、電池老化后內(nèi)組變化趨勢(shì)增大還是減小？免責(zé)聲明：本期所用配圖來(lái)自期刊文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)資源，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明。

本人對(duì)本文內(nèi)容不負(fù)任何法律責(zé)任。

此帖出自電源技術(shù)論壇

電池

跟帖回答問(wèn)題有機(jī)會(huì)獲得10400mAh小米移動(dòng)電源一個(gè)

恭喜@xyx518809最終獲得此移動(dòng)電源

搶沙發(fā)

總結(jié)的不錯(cuò)低溫下鋰電池內(nèi)阻變大，容量變小。

低溫時(shí)電解液粘度增加、鋰離子在電解液中擴(kuò)散系數(shù)降低，正負(fù)極表面阻抗大在低溫環(huán)境下放電時(shí)電池開(kāi)路電壓與室溫相比，，，好像與剩余電量有關(guān)比如，低溫會(huì)使電池電壓降低，如果用手捂一下就可以升高電壓

本帖最后由gmchen于2017-2-1009:57編輯按照樓主給出的老化曲線大致算了一下，以容量下降到90%計(jì)算，每次全放電，壽命1200，總放電容量1200；每次放電80%，壽命4000不到一點(diǎn)，總放電容量3200不到一點(diǎn)；每次放電30%，壽命11000，總放電容量3300。

看來(lái)鋰電池還是要勤充電，至少不能放電80%以上。

gmchen發(fā)表于2017-2-1009:55按照樓主給出的老化曲線大致算了一下，以容量下降到90%計(jì)算，每次全放電，壽命1200，總放電容量1200；每次...

上述數(shù)據(jù)曲線都來(lái)自文獻(xiàn)，所用電池存在個(gè)例，而且老化數(shù)據(jù)是恒流循環(huán)充放電得到的，與實(shí)際工況老化情況有區(qū)別。

但是循環(huán)老化數(shù)據(jù)可以有一定的參考價(jià)值。

電池使用盡量避免過(guò)高溫度和過(guò)低溫度下使用，如果DOD比較低，循環(huán)次數(shù)會(huì)多一些。

盡量工作在電壓平臺(tái)期也是必要的，保證供電穩(wěn)定性。

qwqwqw2088發(fā)表于2017-2-1008:57總結(jié)的不錯(cuò)低溫下鋰電池內(nèi)阻變大，容量變小。

低溫時(shí)電解液粘度增加、鋰離子在電解液中擴(kuò)散系數(shù)降低，正...

低溫下放電確實(shí)存在你說(shuō)的現(xiàn)象，低溫下電壓曲線畸變比較嚴(yán)重。

低溫下電量放不出來(lái)是可以恢復(fù)的，當(dāng)溫度回升后就能放出來(lái)了。

用手吾一下其實(shí)就是溫度回升，這也是熱管理常用的辦法。

eric_wang發(fā)表于2017-2-1014:09跟帖回答問(wèn)題有機(jī)會(huì)獲得10400mAh小米移動(dòng)電源一個(gè)

謝謝老大支持

sjl2001發(fā)表于2017-2-1014:23低溫下放電確實(shí)存在你說(shuō)的現(xiàn)象，低溫下電壓曲線畸變比較嚴(yán)重。

低溫下電量放不出來(lái)是可以恢復(fù)的，當(dāng)溫度回...

手捂電池柯南《774又甜又冰的宅急便》出現(xiàn)過(guò)

sjl2001發(fā)表于2017-2-1014:20上述數(shù)據(jù)曲線都來(lái)自文獻(xiàn)，所用電池存在個(gè)例，而且老化數(shù)據(jù)是恒流循環(huán)充放電得到的，與實(shí)際工況老化情況有...

盡管是文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，參考價(jià)值還是很顯然的。

又看了一遍所有的曲線，從容量-SOC來(lái)看，20%~30%有一個(gè)拐點(diǎn)。

從內(nèi)阻-SOC曲線來(lái)看，歐姆電阻變化比較平緩，極化電阻在30%~40%有明顯變化。

由于手機(jī)一類電器，放電倍率是出廠已經(jīng)基本固定的，用戶唯一能控制的就是充放電的周期，上述曲線似乎也提示用戶勤充電。

以前用鎳鎘電池的時(shí)候怕記憶效應(yīng)總是等徹底放電后再充電，看來(lái)鋰電池要改變這個(gè)習(xí)慣了。

lzwml發(fā)表于2017-2-1016:44手捂電池柯南《774又甜又冰的宅急便》出現(xiàn)過(guò)

服了對(duì)柯南是真愛(ài)啊

gmchen發(fā)表于2017-2-1019:09盡管是文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，參考價(jià)值還是很顯然的。

又看了一遍所有的曲線，從容量-SOC來(lái)看，20%~30%有一個(gè)拐點(diǎn)。

...

我還是覺(jué)得對(duì)于電子設(shè)備不能用戶將就電池應(yīng)該是電池配合用戶使用習(xí)慣，按這個(gè)目標(biāo)來(lái)看，現(xiàn)在的電子產(chǎn)品基本滿足這個(gè)要求，但還需要注意充電周期，低溫充電等問(wèn)題。

畢竟電池還沒(méi)那么完美

更多sjl2001關(guān)于電池方面的討論盡在：聽(tīng)sjl2001講述關(guān)于電池的那些事兒http://bbs.專注于大電流電感設(shè)計(jì)、制造/forum....1813&fromuid=536508

okhxyyo發(fā)表于2017-2-1309:24更多sjl2001關(guān)于電池方面的討論盡在：聽(tīng)sjl2001講述關(guān)于電池的那些事兒http://bbs.專注于大電流電感設(shè)計(jì)、制造/foru...

謝謝掛鏈接

sjl2001發(fā)表于2017-2-1310:22謝謝掛鏈接

內(nèi)容非常精彩，我期待著更多出爐~~啦啦啦~~~

okhxyyo發(fā)表于2017-2-1310:51內(nèi)容非常精彩，我期待著更多出爐~~啦啦啦~~~

我努力哈

sjl2001發(fā)表于2017-2-1311:10我努力哈

加油！

有一個(gè)問(wèn)題soc與電壓的關(guān)系那張圖：磷酸鐵鋰電池的上限電壓應(yīng)該在3.7V，下限電壓應(yīng)該是2V圖中3.25V是平臺(tái)電壓，是50%SOC

本帖最后由sjl2001于2017-2-1323:36編輯xyx518809發(fā)表于2017-2-1323:18有一個(gè)問(wèn)題soc與電壓的關(guān)系那張圖：磷酸鐵鋰電池的上限電壓應(yīng)該在3.7V，下限電壓應(yīng)該是2V圖中3.25V是平...

一般磷酸鐵鋰電池充電上限截止電壓3.65V，下限截止電壓2.5V你給出的這張圖，缺少橫坐標(biāo)應(yīng)該是SOC，這個(gè)曲線不是所有電池都固定不變的，不同廠家和配方的電池都會(huì)有差別。

具體3.25V對(duì)應(yīng)多少soc要先實(shí)驗(yàn)測(cè)得這個(gè)曲線后才好判斷。

另外，我說(shuō)的soc-ocv對(duì)應(yīng)曲線是指的開(kāi)路電壓，你這個(gè)是充電電壓曲線，由于電池存在內(nèi)阻，充電時(shí)會(huì)疊加一個(gè)過(guò)電勢(shì)，所以這個(gè)實(shí)際曲線和開(kāi)路電壓曲線略有差別。

簡(jiǎn)單的獲得OCV的方法，就是用極小的電流充電和放電，盡可能小的減少過(guò)電勢(shì)的影響，最終獲得近似的開(kāi)路電壓曲線。