【锂离子电池特性分析3000字】

锂离子电池特性分析目录TOC\o"1-3"\h\u31636锂离子电池特性分析 [41]。锂离子电池充放电特性随着锂离子电池的使用，电池的几个重要参数都会随着充放电循环次数的增加而发生改变，例如充放电电压电流以及充放电内部最大温度这些参数都会发生变化。在进行充电操作时，锂离子电池内部会产生热量，如果电池在过充或充电电压过高的状态下进行充电，则产生的内热可能会使温度增加的过多，从而使电池膨胀鼓包，严重时甚至会出现电池自燃和爆炸现象。当对锂离子电池进行放电操作时，要密切地注意锂离子电池外部端电压的大小，当放电电压值降低到所设置的截止电压以下时就要及时对锂离子电池充电，否则电池内部电化学反应会由可逆反应变为不可逆反应，从而引起锂离子电池剩余容量的快速减少，对电池造成严重损害。目前对电动汽车动力电池进行充电操作时普遍采用先恒流后恒压（ConstantCurrent-ConstantVoltage，CC-CV）的方式，在此种充电模式下充电效率高，安全性强，电池使用寿命长。CC-CV充电方式具体是指在开始充电时对锂离子电池进行CC模式充电，即电流值保持不变，当电池电压升高到所设定的截止电压后，此时电池SOC基本可以达到80%，然后继续采用CV模式充电，即电压值保持不变，这个过程中当充电电流逐渐减小至截止电流时充电结束。为了更方便直观的研究锂离子电池的充放电特性，本章分析数据以及后续仿真实验数据采用美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）的数据集。该数据集来源于Ames研究中心的预测数据储存库（NASAAmesPrognosticsDataRepository），含有多种不同类型的锂离子电池数据集，一组四种锂离子电池通过三个不同的操作程序（充电、放电和阻抗测试）运行，通过重复的充电和放电周期对电池进行老化试验，当电池达到既定的寿命结束标准时停止。①充电过程：首先1.5A恒流模式下充电，电压达到4.2V后恒压直到电流降至20mA，充电过程结束。CC-CV模式下充电过程如图2-2所示。图2-2锂离子电池恒流恒压充电过程②放电过程：在2A恒流模式下进行放电，直到电池电压分别降到截止电压2.7、2.5和2.2V，具体细节见表2-1。表2-1NASA实验数据集细节电池序号周期描述截止电压(V)放电电流(I)温度(℃)5号2.72A@CC246号2.52A@CC247号2.22A@CC2418号2.52A@CC24③阻抗检测：利用老化阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，EIS）测试法对锂离子电池从0.1Hz到5.0kHz进行扫描以测量电池内部阻抗参数。本文选择NASA数据集中5号和6号18650型三元锂离子电池进行分析，两种类型的电池均进行168次充放电循环。在不同充电循环次数下，5、6号电池端电压和电流的变化情况分别如图2-3和2-4所示。结合图2-3和2-4可以看出，随着锂离子电池使用次数的增加，在恒流充电模式下到达电池充电截止电压所需要的时间逐渐减少，这从侧面说明了电池容量随着充放电使用过程的进行在逐渐降低。(a)5号电池(b)6号电池图2-3充电时端电压变化情况(a)5号电池(b)6号电池图2-4充电时电流变化情况在锂离子电池采用恒流放电模式下的放电过程中，电池端电压随充放电循环次数增加的变化情况如图2-5所示。在图2-5中横坐标表示放电时间，纵坐标表示放电时端电压变化。由图2-5可以看出，端电压值在放电初期出现电压值迅速跌落的情况，出现这种现象的原因是由于电池内部自身的欧姆内阻和极化电阻造成的，随着电池放电过程的不断进行，电压值缓慢下降，到达放电截止电压时放电过程结束。并且还可以发现每次降到放电截止电压所需要的时间也在逐渐减少，这也从侧面说明了电池容量随着充放电使用过程的进行在逐渐降低。(a)5号电池(b)6号电池图2-5放电时端电压变化在锂离子电池采用恒流放电模式下的放电过程中，电池内部温度随充放电循环次数增加的变化情况如图2-6所示。在图2-6中横坐标表示放电时间，纵坐标表示内部温度变化。由图2-6可以看出，电池内部最大温度大体上会随着电池充放电过程的进行逐渐增大，这是由于在使用过程中电池内部会逐渐老化。根据SOH定义可知电池老化