电压一致性对锂离子电池串联使用的影响

时间：2014-10-29 10:08:22来源：电源技术浏览次数：

摘要：测试功率型18650 单体电池在不同充电电压下的循环寿命和不同放电电流的过放电循环寿命。定量造成电池包中的电池SOC 差异，模拟了在串联使用中单节电池自放电导致电池组电压不一致，从而在循环过程中单体电池发生过放电，导致电池组循环寿命的衰减。用三电极体系测量了真实电池在充放电时的正负极电位关系，分析了提高电池耐过放性能的方法。

关键词：锂离子电池；一致性；过充；过放；串联

锂离子电池的一致性是使用者对电池的要求。在多串并领域，电池的不一致影响电池的使用性能，甚至会带来一些安全隐患。多串并使用中导致电池不一致的因素很多，有电池本身的原，比如容量不一致、自放电率不一致、内阻不一致、寿命不一致；也有外部原因，比如电池散热环境不同、电池间连接内阻不同，甚至检测电路导致各路放电不均。本文主要讨论电压不一致对电池多串并使用的影响。电池电压不一致是实际使用中常常遇到的问题，并且电压也是电池管理系统最重要的监控参数。在实际应用中，导致电池电压不一致的原因主要是容量不均和电池自放电，而电池的电压不一致主要是影响电池的串联使用。

本文测试所用电池为圆柱型功率18650 电池。

单体电池的过充循环寿命测试采用2 C 恒流充电，分别在不同电压下恒压至电流小于0.05 C，然后以10 C 恒流放电到2.5 V。单体电池的过放电循环寿命测试采用2 C 恒流充电，4.2 V 恒压至电流小于0.05 C，然后分别以1 C，10 C 恒流放电到1.0，2.5 V。5S1P 组合的循环寿命测试采用2 C 恒流到21.0 V，21.0 V 恒压到0.05 C，10 C 放电至12.5 V，在测试过程中不进行单节电池的过充过放保护。

电池的三电极测试，参比电极使用直径为1mm的镍丝，将镍丝圆周表面包裹金属锂片，在玻璃面上研磨，使新鲜的锂金属紧紧包裹在镍丝上，作为金属锂参比电极。将18650 电池放电后，用钳子去掉其电池盖。然后将参比电极插入极组中心孔里，并在中心孔里注入电解液，放上预先打好孔的PP 材质的塑料盖，用Parafilm 胶带进行密封，最后在湿度小于1%的干燥间里进行三电极体系测量。

试验内容：
1.1 单体电池不同充电电压的循环寿命
1.2 单体电池过放电的循环寿命
1.3 电压一致对电池包循环寿命的影响
1.4 真实电池三电极体系充放电

本文测量了18650 锂离子电池在不同充电电压以及不同放电电流下放电到不同电压的循环性能，并人为造成初始SOC 差异，模拟电池自放电导致串联电池包电压不一致，在没有单节过充过放的保护下，电池循环寿命因为单节电池的过放电而导致电池包失效。真实电池的三电极体系测试表明放电末期负极电位的变化关系，并从理论上分析了提高电池耐过放性能的方法和手段。

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