锂电池充电充放电曲线分析及应用

摘要：本文详细介绍了锂电池充放电曲线的分析方法，包括充电效率、放电特性、容量评估、内阻评估和循环寿命评估等方面。通过对充放电曲线的解读，可以深入了解锂电池的性能和特点，为电池的选择、使用和优化提供重要依据。

一、引言

锂电池其性能对于各类电子设备和电动工具的运行至关重要。充放电曲线是评估锂电池性能的重要手段之一，它可以直观地反映出电池在充电和放电过程中的电压、电流变化情况。通过对充放电曲线的分析，可以获得关于电池容量、内阻、效率等关键参数的信息，从而为优化电池设计、提高电池性能提供指导。

二、锂电池充电曲线分析

锂电池的充放电曲线是电池的电压与放电容量的关系曲线，也是剩余容量SOC的曲线，在锂电池充电过程中，电压逐渐上升，电流逐渐减小。充电曲线的斜率反映了充电速度的快慢，斜率越大，充电速度越快。同时，充电曲线的平台区表示电池已经充满，此时电压趋于稳定。

1. 充电效率分析：充电效率是衡量电池充电性能的重要指标。较高的充电效率意味着电池能够更有效地将输入的电能转化为化学能储存起来。通过对比充电曲线的实际充电容量与理论充电容量，可以评估充电效率的高低。此外，还可以观察充电过程中的能量损失情况，以找到提高充电效率的方法。

2. 充电终止电压：充电终止电压是指电池充满时的电压值。正确设置充电终止电压可以避免过充，延长电池寿命。通过分析充电曲线，确定合适的充电终止电压，确保电池在安全范围内充电。

三、锂电池放电曲线分析

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。

1. 放电特性评估：放电曲线的斜率可以反映电池的放电性能。较平坦的放电曲线通常表示电池具有较好的放电稳定性，能够提供稳定的能量输出。此外，观察放电曲线的平台区，可以了解电池在不同放电深度下的电压变化，评估电池的放电能力。

2. 放电容量评估：放电曲线的面积与放电时间成正比，因此可以通过计算曲线下方的面积来评估电池的放电容量。放电容量的大小直接影响电池的使用时间和续航能力。

3.内阻影响：内阻是电池内部的电阻，会对放电特性产生影响。较高的内阻会导致电压下降较快，放电功率下降。通过分析放电曲线，可以估算电池的内阻，并评估其对电池性能的影响。

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，它会影响电池的充放电性能和效率。较小的内阻有助于提高电池的放电效率和功率输出。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。此外，内阻的大小还与电池的健康状态有关，因此内阻评估也可以用于电池的故障诊断。

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。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。如果曲线的形状和特征在多次循环后保持相对稳定，说明电池具有良好的循环寿命。同时，还可以分析循环过程中容量的衰减情况，以预测电池的使用寿命。

七、总结

锂电池充放电曲线是电池的电压与放电容量的关系曲线，也是剩余容量SOC的曲线，是为了更好的分析评估电池性能的重要手段。通过对充电效率、放电特性、容量、内阻和循环寿命等方面的分析，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具有重要意义。在实际应用中，结合多种测试手段和数据分析方法，可以更准确地评估锂电池的性能，为各类电子设备和电动工具的可靠运行提供保障。

文章来源：锂电池技术知识平台

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泰高技术引领新国标锂电池充电器的设计与输出，产品覆盖84到350W

在5月15日，充电头网举办了2024电动自行车新国标充电器技术线上研讨会，旨在探讨实施的众多新标准对电动自行车充电器行业的影响、技术创新及市场趋势。

在本次研讨会中，泰高技术的代表Tino Pan为我们阐述泰高技术如何将氮化镓器件巧妙融入锂电池充电器的全套解决方案，并探讨如何通过这一创新技术提升锂电池充电的安全性。

Tino Pan在锂电池产品应用开发的领域，已深耕超过二十年，对于多节锂电池管理、电池电量计量及大功率锂电池充电器设计等关键技术有着深入的理解与实践经验。

在当前的电动自行车市场中，有铅酸电池与锂电池两种，其中锂电池因高能量密度和长循环寿命而成为主流选择之一。这些锂电池主要分为三大类：方型电池、软包电池和圆柱电池。值得注意的是，电池Pack厂通常根据铅酸电池的电压等级来划分多串锂电池组。

具体而言，24V 的铅酸电池对应于 7 至 8 串的锂电池组合，36V 的铅酸电池对应于 10 至 12 串的锂电池组合，48V 的铅酸电池对应于 13 至 16 串的锂电池组合，60V 的铅酸电池对应于 17 至 20 串的锂电池组合，而 72V 的铅酸电池则对应于 20 至 24 串的锂电池组合。

在国标 GB17761 电动自行车安全技术规范的背景下, 该规范明确规定，电动自行车使用的电池最大输出电压不得超过 60V。因此，48V 电池作为符合新国标要求的关键产品，其电池充电器的准确性和安全性显得尤为重要。

锂电池管理乃是一门相当专业的学术领域，其核心在于对锂电池这一敏感组件的精细调控与分析。我们将从电池内阻与容量的视角，深入简出地去说明。首先，从图面可以审视电池从满充电到完全放电的历程，特别关注不同工作温度下电池内部的微妙变化。实验数据显示，当电池放电深度在约 50%，其内阻即呈现出显著差异。尤其在 0 度与50 度的温度区间内，电池阻抗的差异可高达三倍之多。因此，电池内阻的阻抗特性，在极大程度上受到温度、电荷状态以及老化程度的影响。

经过实验分析，在相同室温条件下，对同一枚锂电池进行了 100 次充放电循环测试。从左边数据显示，随着充放电次数的累积，电池容量呈现下降趋势，具体表现为容量减少了 3% 到 5% 。这一现象明确指向随着使用次数的增多，电池内阻逐渐增大导致电池容量减少。此外，从右侧的图表中可以观察到，在经历了 100 次充放电循环后，电池的交流阻抗值几乎翻倍。这一结果更进一步证实了电池性能随充放电次数增加而退化的规律。

在设计多颗电池级联系统时，必须认识到由于电池内阻的差异，导致各个电池的电压表现将不尽相同。因此，为了确保电池组的稳定性和性能，锂电池保护板上必须集成电池平衡机制。

电池组失衡，特指电池组内各电池在充放电过程中，电压不一致的现象，其后果包括但不限于：

1.电池组整体运行时间缩短；- 充电或放电过程提前终止，影响能量利用效率；

2.电池组循环寿命显著降低；- 电池因电压超出或低于安全限制而承受额外压力。

电池平衡机制的作用在于，通过调整电池间的电压差异，确保各电池在相近的时间内达到满电状态，从而：

1.最大化电池组的运行时间；

2.避免因过度充电对性能较弱的电池造成损害；

3. 有效延长电池组的整体使用寿命。

因此，电池平衡不仅是电池管理系统中的一个技术细节，更是确保电池组性能、安全及寿命的关键措施。在设计和实施电池管理系统时，必须高度重视电池平衡机制的引入和优化。

因此，为了确保电池组的稳定运行和延长使用寿命，必须使用具有电池平衡功能的锂电池保护板。已知电池组的失衡是一个常见且容易发生的问题。在电池充电过程中，若电池单体的充电电压超过其额定的满充电电压，将会导致电池寿命急剧下降。如右图所示，当电池的满充电电压超过其额定值后，电池的寿命可能会减少 50%。

在锂电池平衡机制的众多方案中，启动平衡机制主要包括电池 SOC 比较法、电池内阻比较法、电池容量比较法以及电池电压比较法。其中，电池电压比较法因通用性和经济性而成为一种广泛采用的方法。该方法保护芯片通过，对比相邻电池的电压高低来实现平衡，这一过程通常在恒压阶段的低充电电流条件下进行，这意味着需要经历多次充放电循环才能达到电池电压的平衡。然而，必须指出的是，电池内阻和容量的差异无法通过这种平衡机制得到有效改善。

市场上普遍采用的被动式电池电压平衡电路。在充电阶段，一旦充电电流降至额定值的五分之一以下，保护芯片内置的电路将依据电池电压激活平衡机制。该机制通过外部电阻对电压较高的电池进行分流，以减少其充电电流，从而实现电压平衡。为确保此机制的高效运作，电池组的BMS系统必须指示(透过通信互联接口协议）充电器相应地降低充电电流或是透过充电器本身的充电算法。

泰高技术推进以下战略方针：

1. 泰高技术致力于精心研发一系列高性能的GaN HEMTs，器件经过优化，旨在无缝替代传统的Si MOSFETs，从而在电子领域引领一场技术革新。

2. 泰高技术的产品设计理念强调兼容性与便捷性，确保GaN HEMTs能够与现有的PWM控制器 IC 直接对接，无需GaN驱动芯片，以此简化系统集成过程，降低设计难度。

3. 泰高技术专注于为电动自行车、电动摩托车、电动工具以及工业市场提供量身定制的解决方案。泰高技术的GaN HEMTs专为这些领域的特定需求而设计，旨在推动这些行业的电气化进程，同时确保产品的高效能与可靠性。

泰高技术的产品的创新性：

1.其在效率、功率密度、散热、静电放电（ESD）保护以及集成度方面的性能，均达到了行业的优秀水平。体现了泰高技术对技术精益求精的追求，更是对产品质量承诺的坚定践行。

2.泰高技术的产品通过其独特的设计和先进的技术，极大地缩短了客户在设计和开发阶段所需的时间。这不仅意味着客户能够更快地将产品推向市场，更意味着他们能够在激烈的市场竞争中抢占先机，实现更高的经济效益和竞争优势。

针对GaN HEMTs，泰高技术已成功实现VDS 650V电压、120毫欧至400毫欧电阻范围的产品量产。这些产品不仅技术先进，而且在市场上赢得了客户的高度认可和一致好评。

泰高技术推出专为 AC/ DC 充电器量身打造的 Charger 数字芯片，可支持锂电池与铅酸电池的充电的算法，该产品集成了高精度稳压电路、OPA 及电阻模拟 DAC 等电路，简化了外围电路设计。芯片的核心功能分为两大模块：一是通过 OPA 与 DAC 精确控制充电电压和电流，确保充电过程的精准与安全；二是另一 OPA模块用于放大电流信号，提升了信号的分辨率，同时有效降低了系统功耗。

在芯片的设计中，特别优化了充电器的 CC/CV 阈值，实现了更为精细的充电控制，支持产线自动化校准功能，提高生产效率和产品质量。此外，我们为芯片配备了精简的 GUI 软件，缩短研发周期，加速了产品从设计到市场的转化速度。

为了满足不同客户的个性化需求，泰高技术提供了客制化通信总线功能，确保与各种电动自行车品牌系统的兼容性和灵活性。同时，采用数字芯片子板的设计理念保证了电源板的无改动需求，提供了更为便捷的升级方案。

泰高技术在充电器行业的技术创新，为客户提供高效、稳定、智能的充电解决方案，推动整个充电器行业向着更加智能化、高效化的方向发展。

泰高技术的数字芯片的锂电池充电算法里支持 MSCC 充电，这 MSCC ，即“ Multi-Step Constant Current”（多阶梯恒流充电），是一种针对锂电池的充电策略。在这种充电方法中，充电过程被分为几个阶段，每个阶段采用不同的充电电流和/或电压，以优化充电效率和电池寿命。

对于锂电池充电，MSCC 有以下几个帮助：

1、提高充电效率：通过在不同的充电阶段使用不同的电流，MSCC 可以在电池接近充满时降低电流，减少过充的风险，同时提高充电的整体效率。

2.、延长电池寿命：锂电池的寿命受充电循环次数和充电过程中的温度影响。MSCC 通过控制充电电流和电压，减少电池在充电过程中的应力和温度升高，从而延长电池的使用寿命。

3.、安全性：锂电池在过充或充电电流过大时可能会有安全风险。MSCC 充电策略可以避免这些风险，因为它在不同的充电阶段调整电流和电压，确保电池在安全的充电范围内。

4.、电池性能优化：MSCC 充电可通过精确分析电池的实时状态——包括但不限于剩余电量与温度等关键参数，去智能调整充电方案。这一过程的核心在于与电池管理系统中的Smart Battery技术紧密协作，共同确保电池始终处于最优工作状态。这种精细化的充电策略，不仅延长了电池的使用寿命，更提升了其性能表现，体现了对电池健康管理的极致追求。

总之，MSCC 充电策略通过其多阶段的充电方法，能够提高充电效率，延长电池寿命，增强安全性，并优化电池性能，是一种先进的锂电池充电技术。

另外在充电保护机制上，其电压与电流的ADC精度误差小于 5%的设计，以优化充电效率与充电安全性。

同时，为了满足客户多样化的需求，泰高技术的数字芯片集成定制化通信总线解决方案。确保了产品能够兼容并灵活适应各类系统架构。目前，芯片已成功整合了1-Wire、URAT、RS-485以及加密鉴权等通信协议。展望未来，泰高技术承诺将不断扩展技术边界，计划引入CAN Bus、UFCS、PPS等通信协议，以进一步增强产品的功能性和市场竞争力。

泰高技术致力于深入开发锂电池充电器领域，并针对PD充电器及电源适配器客户的产品转型需求，提供全面的产品升级解决方案。

这些方案是我们团队的研发的成果，旨在为您提供一站式、高效便捷的充电解决方案。我们深知，在快速发展的市场中，时间就是金钱，效率就是竞争力。

我们期待与对我们的方案感兴趣，并寻求合作的您携手前行。无论您是寻求技术合作、产品定制，还是市场拓展，我们的整套解决方案都能满足您的需求，助您快速进入市场，抢占先机。

请立即联系泰高技术的业务，我们将迅速响应，与您建立联系，探讨合作可能。

联系人：张先生

联系方式：18088882102

联系人：潘先生

联系方式：13691750205

充电头网总结

随着泰高技术在氮化镓器件领域的创新和突破，锂电池充电器的安全性、效率和智能化水平得到了显著提升。泰高技术深入探讨了锂电池充电器的全套解决方案，从电池分类、电压等级、安全规范，到电池管理、平衡机制，再到充电器的多种技术，全面展示了泰高技术如何通过技术创新来满足市场和用户的需求。

泰高技术的GaN HEMTs器件以其高效率、高功率密度、优良的散热性能和静电放电保护等特性，引领了电子领域的技术革新。通过与现有PWM控制器IC的无缝对接，简化了系统集成过程，降低了设计难度，为电动自行车、电动摩托车、电动工具以及工业市场提供了量身定制的解决方案。

泰高技术的数字芯片，集成了高精度稳压电路、OPA及电阻模拟DAC等电路，简化了外围电路设计，优化了充电器的CC/CV阈值，实现了更为精细的充电控制。同时，提供的客制化通信总线功能，确保了产品与各种电动自行车品牌系统的兼容性和灵活性。MSCC充电策略的引入，进一步提高了充电效率，延长了电池寿命，增强了安全性，并优化了电池性能。电压与电流的ADC精度误差小于5%的设计，优化了充电效率与充电安全性。

泰高技术也将继续开拓锂电池充电器市场，满足PD与适配器客户的转型需求，不断扩展技术边界，增强产品的功能性和市场竞争力。

泰高技术公司坚定不移地致力于开发和提供卓越的充电解决方案，这些方案不仅高效而且稳定，更融入了智能化技术。我们的目标是引领充电器行业迈向一个全新的智能化和高效化时代，从而确保用户能够享受到前所未有的安全、便捷和环保的充电服务。我们深信，通过我们的不懈努力和创新，能够为用户创造一个更加绿色、高效的能源使用环境。