放電測試基本原理

基本了解電池的電壓之后，我們開始解析鋰離子電池的放電曲線。放電曲線基本反映電極的狀態(tài)，是正負兩個電極狀態(tài)變化的疊加。圖5是常見商業(yè)鋰離子電池的典型恒流放電測試的電流和電壓曲線。充放電測試時，設(shè)備對電池施加一定的載荷，根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)記錄條件記錄電壓隨時間的演變過程以及電流隨時間的演變過程。

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圖5 常見商業(yè)電池的典型放電的電流和電壓曲線。（圖片來源于數(shù)碼之家）

在整個放電過程中鋰離子電池的電壓曲線可以分為 3 個階段：

1）電池在初始階段端電壓快速下降，放電倍率越大，電壓下降的越快；

2）電池電壓進入一個緩慢變化的階段，這段時間稱為電池的平臺區(qū)，放電倍率越小，平臺區(qū)持續(xù)的時間越長，平臺電壓越高，電壓下降越緩慢。

3）在電池電量接近放完時，電池負載電壓開始急劇下降直至達到放電截止電壓。

測試時，采集數(shù)據(jù)的方式有兩種：（1）根據(jù)設(shè)定的時間間隔Δt采集電流，電壓和時間等數(shù)據(jù)；（2）根據(jù)設(shè)定電壓變化差ΔV采集電流，電壓和時間數(shù)據(jù)。充放電設(shè)備的精度主要包括電流精度、電壓精度、時間精度。表2是某款充放電機的設(shè)備參數(shù)，其中，% FS 表示全量程的百分?jǐn)?shù)，0.05%RD是指測量的誤差在讀數(shù)的0.05%范圍內(nèi)。

表2 某款充放電機的設(shè)備參數(shù)

充放電設(shè)備一般采用數(shù)控恒流源代替負載電阻作負載，使電池的輸出電壓與回路中串聯(lián)電阻或寄生電阻無關(guān)，而只與電池等效的理想電壓源的電壓E 和內(nèi)阻r 以及回路電流 I 相關(guān)。如果使用電阻做負載，設(shè)電池等效的理想電壓源的電壓為E，內(nèi)阻為 r，負載電阻為R，用電壓表測量負載電阻兩端的電壓，如圖6上圖所示。但是，實際情況下，電路中存在引線電阻和夾具接觸電阻（統(tǒng)一為寄生電阻）圖 6上圖的等效電路圖為圖6下圖所示。實際情況下不可避免地引入了寄生電阻，從而使總的負載電阻變大，但是測量的電壓是負載電阻R 兩端的電壓，因此引入了誤差。

圖6 電阻放電法原理框圖和實際等效電路圖（來源于參考文獻）

當(dāng)電流為I1的恒流源作為負載時，恒流源負載原理圖和實際等效電路圖如圖7所示。E、I1為恒定值，r在一定時間內(nèi)不變。

由以上公式可知A、B兩點電壓為恒定值，即電池的輸出電壓與回路中串聯(lián)電阻的大小無關(guān)，當(dāng)然也就與寄生電阻無關(guān)。另外，四端子測量方式可以實現(xiàn)對電池輸出電壓的較準(zhǔn)確測量。

圖7 恒流源負載等效原理框圖和實際等效電路圖（來源于參考文獻）

恒流源是一種能向負載提供恒定電流的電源裝置，在外界電網(wǎng)電源產(chǎn)生波動和阻抗特性發(fā)生變化時它仍能使輸出電流保持恒定。