摘要：为了解锂离子动力电池的充放电特性，评价其在电动车辆上的使用性能，对锂离子动力电池进行了充放电试验测试。基于实验结果， 对锂离子动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升等工作特性进行了研究和详细分析，同时对锂离子动力电池单元间的工作一致性进行了分析评价。锂离子动力电池能够比较好的满足电动车辆的使用特性，但是对于锂离子动力电池的温升问题和深放电情况下的电池一致性问题在使用中应该予以考虑。

　　电动车存在的主要问题与电源密切相关。动力电池技术的发展一直沿着两条线路进行： ①对原来电池的不断改进； ②对新型电池的不断研制，电动车辆和混合动力车辆用锂离子动力电池已列入"十五"863 高科技计划。

　　为了进一步了解锂离子动力电池的充放电特性，评价其在电动车辆上的使用性能，对国内生产的一种锂离子动力电池（高：4135mm ,直径： 73mm ,体积： 1182cm3 ,质量319kg ,额定容量150Ah ,电压为316 V） 使用DFCF1624 智能充放电机进行了一系列试验。

　　1  试验设计

　　两只锂电池串联，并分别编号为A、B ,在试验进程中测量各个单体电池的端电压以及A 电池温度。

　　1. 1  电池充电试验设计

　　锂离子动力电池充电按照技术要求，采用智能充电模式，并控制单体电池端电压为4. 25 V ,充电电流限制为< 0. 3 C ;当充电电流< 3 A时，停止充电。

　　1. 2  电池放电试验设计

　　根据电动车的实际使用要求，采用C/ 3 和C/ 5 的恒流放电，当电池的端电压达到3 V时（电池的技术要求） ,停止放电。

　　2  试验结果

　　2. 1  锂离子动力电池充电特性

　　锂离子动力电池的充电试验测试结果见图1 .

图1  锂离子动力电池充电特性

　　在图1a 中电池端电压在充电初始时刻有比较大的上升率，而随着充电过程的不断进行，电池端电压逐渐趋于平稳。由图1b 可以看出，锂离子动力电池在智能模式充电方式下，充电电流在开始时迅速达到比较大的值， 而后几乎线性下降， 在420 min时，电池基本已经到达满充状态。电池在充电始末温升在3 ℃之内（环境温度为15 ℃） ,说明在智能模式充电的方式下锂离子动力电池的电流接受能力良好，充电效率较高。

　　2. 2  锂离子动力电池放电特性

　　锂离子动力电池的放电试验测试结果见图2 .

图2  锂离子动力电池放电特性

　　由图2a 和图2b 可以看出，锂离子动力电池恒流放电情况下的工作电压变化分3 段：在放电初始阶段，电池工作电压下降迅速，可达1. 5 V/ h以上；而后进入线形下降区，也就是锂离子电池动力电池的工作阶段，持续工作时间随放电率的不同而有所不同，电压下降速率也会因为放电率的不同而变化；在放电接近终止时，电池工作电压又开始急剧下降，下降速率迅速上升，如果没有很好的防护措施，有可能损坏电池。

　　由图2b 可知，锂离子动力电池的工作电压变化与放电深度存在着密切关系，在放电深度20 % ≤DOD ≤85 %内存在近似的线形关系，由此通过检测电池电压特性可以准确预测电池电量状态。同时，由图2c 可知，电池释放的能量与放电深度之间也是成正比例关系，而且几乎与电池放电率没有关系，所以，在使用过程中，借助电池的放电深度就可以准确计算电池剩余能量，从而计算出车辆的剩余续驶里程。

　　第1 次放电采用30 A 恒流放电，放电电量171 Ah ,放电能量649. 762 Wh , 体积比能量377. 82 Wh/ L .第2 次放电采用50 A恒流放电，放电电量173. 16 Ah ,放电能量647. 385 Wh ,体积比能量376. 53 Wh/ L .30 A放电在80 %的放电深度时，电池释放能量为463 Wh ,质量比能量为118. 72 Wh/ kg ;50 A放电在放电深度达到80 %时，电池释放能量为460 Wh ,质量比能量为117. 95 Wh/ kg ,锂离子动力电池比较高的体积比能量和质量比能量能够降低动力电池质量占电动车整车质量的百分比，从而提高电动车的续驶能力，并解决动力电池在电动车上的布置问题。

　　由于锂离子动力电池对的温度变化比较敏感，在试验过程中，对锂离子电池表面的温升进行检测，结果如图2d 所示。在恒流放电模式下，锂离子动力电池表面温度以线形关系上升。

　　在环境温度为15 ℃的条件下，30 A放电的温升速率为2. 5 ℃/ h左右，50 A放电的温升速率为4. 9 ℃/ h左右。为了保证锂离子动力电池在电动车上的安全使用，应该注意设置电池的温度监测功能，并注意电池箱的通风散热设计。

　　2. 3  锂离子动力电池的一致性评价

　　由于电动车辆要使用多块电池以串联或并联形式组合做动力源，电池的一致性对动力电池在电动车上的使用十分关键。

　　任选两块锂离子动力电池单体串联组成电池组并分别以30 A 和50 A 放电，电池单体的充放电端电压变化如图3 所示。

图3  锂离子动力电池充放电一致性分析

　　由图3a 可以看出，两块电池单体在整个的充电过程中，电池端电压变化幅度都比较小，表现出良好的一致性。由图3b 可知，直到放电到15 %的荷电状态，不同放电率下的电池单体端电压变化幅度都比较小，说明电池的一致性比较好，但当电池达到低的荷电状态时，电池一致性能就会迅速变坏，说明锂离子动力电池单体间在深放电的情况下一致性变差，这一点在使用过程中应该加以注意。

　　3  结 论

　　a. 智能充电能够提高锂离子动力电池充电效率；

　　b. 锂离子动力电池的工作电压变化与电池的放电深度在0. 20 ≤DOD ≤0. 85 范围内存在线形关系，可通过检测电池电压特性来准确预测电池电量状态；

　　c. 锂离子动力电池的存储能量（剩余能量） 与电池的放电深度成正比关系，可以通过DOD 来预测电动车续驶里程；

　　d. 智能充电模式下，锂离子动力电池表面温升不大；在恒流放电模式下，电池表面温度线形上升；

　　e. 锂离子动力电池单体间在荷电状态SOC ≤15 %时，电池一致性比较差。