【一文看懂电池充放电】锂电池充电充放电曲线分析及应用

本文对锂电池的充放电曲线进行了详细的分析，涵盖了充电效率、放电特性、容量评估、内阻评估和循环寿命评估等方面。通过对这些曲线的解读，可以更深入地了解锂电池的性能和特点，从而为电池的选择、使用和优化提供了重要依据。

1、锂电池充电曲线分析

锂电池的充电曲线通常包括三个阶段：恒流充电阶段、恒压充电阶段和滞后充电阶段。在恒流充电阶段，电流保持恒定，电压逐渐增加；在恒压充电阶段，电压保持恒定，电流逐渐减小；在滞后充电阶段，电流进一步减小，电池开始充满。通过监测这些阶段的电流和电压变化，可以评估充电过程中的效率和性能。

电池包的充电曲线与单个电池的充电曲线类似，但在电流和电压方面可能存在一些差异。充电曲线的形状取决于电池包中包含的电池数量、电池之间的连接方式以及充电系统的设计。

1. 充电效率分析：

充电效率是指将电能转化为化学能存储在电池中的效率。它是通过比较充电时电池吸收的电能与放电时释放的电能之间的比率来计算的。充电效率通常在 80% 到 90% 之间，具体取决于电池类型、充电速率和充电条件等因素。高效率的充电可以减少能量损失和发热，有助于延长电池寿命和提高能量利用率。

2. 充电终止电压：

充电终止电压是指在充电过程中达到的电池电压上限，一旦电池电压达到或超过这个值，充电过程就会被终止。这是为了防止过充，以保护电池的安全和寿命。充电终止电压通常是根据电池类型、制造商规格和充电算法来确定的。对于锂电池而言，充电终止电压通常在4.2伏左右，但对于不同类型的锂电池（如锰酸锂、三元材料等），这个值可能会有所不同。

3、三元和铁锂电芯的充电曲线区别：

如下所示为常规的三元电芯充电曲线，随SOC变化电压逐渐增大；

还有磷酸铁锂的V-SOC变化曲线：

相比较而言，

二、锂电池充电曲线分析

放电过程中，电压逐渐下降，电流也随之减小。放电曲线的形状和斜率同样能够提供有关电池性能的重要信息。    

需要说明的是，对于车用，一般都是电池包供电至电控、电机，一般有恒功率的要求；恒功率放电是一种电池放电方式，其中电池以恒定的功率输出能量。在这种放电模式下，随着电池电压的降低，放电电流会相应增加，以保持恒定的功率输出。这种放电方式通常用于一些需要恒定功率输出的应用，如电动车辆、无人机和便携式电子设备。

1. 放电特性评估：

电池的放电特性描述了电池在供电负载时释放能量的行为。放电特性通常包括以下几个方面：

1. 开路电压（OCV）：电池未连接负载时的电压。它是电池的基本特性之一，可以用来评估电池的剩余电量。

2. 内阻：电池在放电过程中会产生内阻，这会导致电池电压下降并限制电流输出。内阻的大小可以影响电池的功率输出和性能稳定性。

3. 放电曲线：放电曲线描述了电池在不同负载下电压随时间的变化。它通常表现为一个从开始时的高电压逐渐下降至截止电压的曲线。

4. 能量密度：电池的能量密度表示单位体积或单位重量的电池存储的能量量。在放电过程中，能量密度的变化可以影响电池的续航能力和使用时间。

5. 循环寿命：电池的循环寿命指的是电池在多次充放电循环后能保持其性能和容量的能力。放电特性直接影响电池的循环寿命。

这些放电特性对于评估电池性能、设计电池管理系统以及优化电池使用具有重要意义。

2. 放电容量评估：    

放电容量是指电池在特定放电条件下能够释放的电能量，通常以安时（Ah）为单位。它表示电池在特定放电速率下能够提供的电荷量，是衡量电池能量存储能力的重要指标之一。放电容量受多种因素影响，包括电池类型、温度、放电速率和充放电循环次数等。

通常，可采用计算放电曲线下方的面积的方法来评估电池的放电容量，而放电容量的大小直接影响电池的使用时间和续航能力，是电池包技术能力的直观体现和消费者比较关注的点。

3.内阻影响：

放电内阻是指电池在放电过程中所呈现的内部电阻，它会影响电池的放电性能和功率输出。内阻会导致电池放电时产生的电压下降，从而降低了电池的实际输出电压，影响了电池的性能和效率。通常，内阻越低，电池放电时的电压下降就越小，电池的放电性能就越好。

四、容量评估

锂电池的容量是指电池能够存储的电荷量，通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）表示。通过对充放电曲线的积分，可以计算出电池的实际容量。同时，还可以进行多次充放电循环测试，观察容量的衰减情况，以评估电池的循环寿命。    

五、内阻评估

内阻是电池内部的电阻，内阻对电池性能和效率的影响非常重要，尤其是在高功率输出和快速充放电时。通过对电池的充放电曲线进行分析，可以评估内阻的大小，并据此优化电池的设计和使用，用于评估电池的健康状态及用于电池的故障诊断等。

内阻是电池内部的一个参数，可以通过最小二乘法(Recursive least square，RLS)、扩展卡尔曼滤波(Extended kalman filter，EKF)等方法进行辨识；一种最直观的方法是进行必要的测试，通过分析充放电曲线中电压和电流的变化关系，可以估算出电池的内阻。            

六、循环寿命评估

循环寿命是指电池在经过多次充放电循环后，仍然能够保持一定性能的能力。循环寿命是评估电池在经历多次充放电循环后保持性能的能力。通过观察循环过程中电池的容量衰减情况和循环曲线的变化，可以了解电池的寿命状况。一些因素，如充电和放电速率、温度和深度放电等，都会影响电池的循环寿命。通过观察多次循环充放电曲线的变化，可以评估电池的循环寿命。

当然，电池循环次数不等于充电次数。这两者其实是有很大区别的，电池循环次数是指电池完成一个完整的充电周期，即完整的充放电过程，循环次数就+1，而充电次数是每次完成一次充电即+1。两者在定义上就有很大区别了，电池循环次数并不代表着充电次数。

七、总结

锂电池充放电曲线反映了电池电压与放电容量之间的关系，同时也展现了剩余容量SOC的变化情况，是评估电池性能的重要工具。通过分析充电效率、放电特性、容量、内阻以及循环寿命等指标，可以全面了解电池的性能表现。这种分析方法对于电池的设计优化、质量控制和应用选择至关重要。结合多种测试手段和数据分析方法，能够更准确地评估锂电池的性能，从而确保各类电子设备和电动工具的可靠运行。