磷酸铁锂电池充放电性能研究

磷酸铁锂电池充放电性能研究

张宏磊

天津市海河传媒广播电视有限责任公司  300221

摘要：最近几年来，伴随着新能源的全面应用，风电、光电并网对电池储能系统的需求量不断的提高，其研究逐步引发人们的关注。其中技术相对成熟的锂离子电池被全面的应用储能电站等大规模的储能系统之中。基于此，本文对磷酸铁锂电池充放电的性能进行分析。

引言

用橄榄石型磷酸铁锂作为活性物质的锂离子二次电池，其具备比较高的能量密度、比较低的生产制造成本费用还有使用寿命比较长等很多方面的优势，可是成组单体的电池之间性能具有很大的差别，连续性的充放电循环会放电循环会让电池组的容量高速的衰退，造成一些电池比较早的劣质化，直接影响储能系统的正常运转。现在，锂离子动力电池的重要技术，主要材料与产品研究都获得了重要的发展。可是，充电、放电还有维护管理等成组的应用技术分析却严重落后于电池技术的全面发展。

LeilaAhmadi，MichaelFowler 等研究了离子电池容量衰退还有能源效率减少的原因还有发展走向，电池的生命周期成本是在SOC还有电池管理系统的条件下，能够对其进行二次运用从而降低电池的高成本的直接影响。赵淑红等分析了不同的温度、不同功率等级的工况循环的环境下，磷酸铁锂的动力电池容量，内阻等的改变规则，电池正、负极嵌入还有脱嵌能力随着充放电次数增多从而有所减少，负极的衰减更加的多，它的SEI膜阻抗，电荷转移阻抗明显的增多。磷酸铁锂电池不同放电倍率与不同截止电压下的容量情况，如表1可知：

表1 磷酸铁锂电池不同放电倍率和不同截止电压下的容量对比（A·h）

1磷酸铁锂电池的充电特性

磷酸铁锂电池对电压的精准度要求十分的高，误差不能够多于1%。现在，离子电池的额定电压是3.2V的磷酸铁电池，这个电池的充电终止电压是3.65V，其允许的误差范围为0.0365V。

充电方式一般使用恒流转恒压的模式。恒流的环节，充电电流稳定性维持不变性，电池的电压比较低。伴随着充电的开展，电池电压不断的提高到3.65V。这个时候，充电方式应该转入到恒压的环节，充电电压的变化幅度应该在1%之内充电电流逐步降低。在充电电流的下降幅度到了一定的范围内，充电模式就是环流充电的环节。

例如，国内一些公司生产的磷酸铁锂单体电池作为案例。在常温环境下，锂离子电池使用0.2C速率进行充电，能够让充电速率维持稳定性。而且，不会影响磷酸铁锂电池的使用时间。使用，0.2C进行充电，针对10000mAh的磷酸铁锂电池，就是2000mA。恒流充电到端电压就是3.65V截止，电压达到3.65V之后，接着使用恒压充电的方法。数据收集间隔时间为1S。在充完电以后，把电池放置5分钟，之后用0.2C开始放电到截止电压2V。进而获得放电的容量。在充电的时候，充电最后的阶段还有放电的最后阶段，锂离子电池的极化情况特别的严重，在充完电之后静置一些时间是为了减少极化的情况。

具体如图1可知，电流在用2000mA开展恒流充电的时候，磷酸铁锂电池的端电压逐步的提高，在上升到3.65V的时候，开展恒压充电。这个时候，充电电流逐步的降低，充电的截止电流是0.2A（0.02C）。充电限制电压是3.65V的时候，充电结束。下图1是磷酸铁锂单体电池0.2C的充电曲线图。

图1磷酸铁锂电池0.2C充电曲线图

表1 磷酸铁锂电池充电的数据统计表

2磷酸铁锂电池放电特性

第一点，放电电流不能够太大，大电流会造成内部发热，会使得电池永久性的损害。第二点，电池电压不能够比截止电压低，假如继续放电，就会出现超额放电的情况，也会让电池的永久性损害。不同的放电倍率，电池电压的改变有比较大的差别。放电倍率越大，放电容量就越小。

磷酸铁锂电池的放电特点曲线如图2可知：

图2 磷酸铁锂电池的放电特点曲线图

使用0.2C（2A）放电倍率，单体的磷酸铁锂电池电压降到2V的时候，就能够发放出额定的容量。使用1c放电倍率的时候，可以放出额定容量的98.37%。在上图2可知，电流分别是1C、3C和5C进行放电，电压值逐步的降低，一直到放电到截止电压2V，放电停止，根据图能够发现这个磷酸锂电池的放电容量都超出了10Ah，符合标称的容量。下表2是磷酸铁单体电池的放电数据。

表2 磷酸铁锂电池放电数据

3磷酸铁锂电池的温度性能测试及结论

3.1实验仪器与实验对象

CDS5V-100A-CD 动力电池测试系统(深圳瑞能)，BTS-3000标准动力电池监测设备，BTS-9000高性能电池监测系统，磷酸铁锂动力电池（单体3.2V/10Ah）。

3.2 实验标准

实验参考使用的标准：《鲤电池性能检测设备大全》，《含碱性或其它非酸性电解质的电池和电池组一便携式鲤电池和电池组》。

3.3实验结果及分析

电池在不同的环境温度之下的电压放电容量曲线，根据图3可知：

图3 磷酸铁锂动力电池不同温度下放电曲线

磷酸铁锂动力电池在标准充电完成以后恒流恒压充电到3.65V，电流小于等于0.02截止，分别在不同的温度之下存放4个小时，从0.5C放电到2V，记录电池的放电的容量情况。

4 结语

磷酸铁锂动力电池对设备的动力性、经济性还有安全性有十分大的影响，其在很多应用场合具有重要的地位，其在很多应用场合具有重要的地位还有十分广阔的发展前景，对磷酸铁锂电池充电以及放电的特点进行分析，为锂离子电池合理的应用以及监测提供了重要的根据与实用性的方法。

参考文献

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