看图识‘电’

看图识‘电’

图解锂聚合物电池那些事

发表于《航空模型》2012.1～2013.2

目前航空模型中普遍使用的动力电池是锂聚合物电池，它的特点是：安全性能好，不会爆炸；比能量大；内阻小；放电倍率大；放电特性比较平直；形状可定制。但是，对于大多数航模爱好者来说，如何理解这些特性，正确使用这种电池还是存在一些问题的，甚至还有‘以误传误’的情况。本文试图通过一些图形来比较直观地了解锂聚合物电池的这些特性，从而可以更加正确、合理地使用这些电池。

下面是锂聚合物电池与其他化学电池的性能比较表，需要说明的是表内数据是数年前统计的，有些性能现在已经有明显的提高，例如目前锂聚合物电池的内阻已经可以做得很小，远远低于表内参数。

图1是锂聚合物电池的核心部分——电芯。锂聚合物电池（一般标记为：Li-po）。

锂电池的主要参数包括：容量、放电倍率、标称电压、尺寸和重量。除了重量以外，

其余参数一般都会在电芯上标注，只是有的生产企业以规格代号来体现它的放电倍

率，不能直观看出放电倍率的数值。电池的尺寸是用规格中的6位数表示，前两位

表示厚度的10倍值，中间两位是宽度，最后两位是长度，单位都是毫米。例如标

记为663052的电池尺寸是6.6X30X52毫米。

图1 电芯

锂电池的基本参数

1.容量是指电池能够储存和释放的电量，以毫安小时mAh或安时Ah标记，例如600mAh。需要说明的是：产品标准里对于电池容量的测量都是按小电流放电时

的容量来计算的，而电动模型工作时的电流远远大于试验电流，往往是试验电流的

几十倍，而电池在大电流放电状态下的有效容量要小于标称值。

2.可持续最大放电倍率是表示电池能够以几倍于1小时放电率的电流进行连续放电的能力，标记为多少C。电池1小时放电率的值就是电池容量那

个数值。例如：标记为600mAh 20C这个电池的1小时放电率就是600mA，它可以

在20X600=12000mA=12A的电流下连续放电。可持续最大放电倍率实质上反映的是

电池的‘爆发力’，而不是真的要始终以这样的电流在工作，如果电池自始至终以

20C的倍率在放电，它的放电时间理论上只有60/20=3分钟，实际飞行时间要比理

论值更短，这样的飞行时间显然是太短了，电池在实际工作中采用多大的放电倍率

主要是从飞行时间的长短来考虑，如果希望飞行时间是6分钟，那么实际放电倍率

应该小于10C,若希望飞行12分钟，那只能用5C的倍率工作。这些模型很可能为了

保证飞行中的爆发力要采用25C甚至40C的电池，而实际飞行中只用到10C或者

5C的放电倍率在工作。也就是说，‘实际放电倍率’应该比电池的‘可持续最大放

电倍率’小很多。

3.标称电压是表示或识别一种电池的适当的电压近似值，也称为额定电压，可用来鉴别电池类型。锂聚合物电池的标称电压是3.7V；换句话说，标注3.7V

的锂电池就是锂聚合物电池。

对于航模爱好者来讲，锂聚合物电池的电芯数量（决定了电池组的总电压）、

尺寸和重量是在设计和制造航空模型时要根据模型的要求和条件来考虑的。

锂电池的性能是由电芯制造企业决定的，大多数品牌电池是从电芯生产企业买

来的电芯进行组装，或者直接订购组装好的电池组，只是在外面贴上品牌标签而成

为品牌电池。

4.比能量指的是单位重量或单位体积所储存的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升

(体积单位)。在当前的技术条件下正规企业生产的模型用锂电池属于同一代产品，

它们的比能量不会有很大的差别。所以，同样容量、同样放电倍率的电池应该有差

不多的体积和重量，如果电池明显太轻或者太小就有可能是虚标参数，实际上达不

到所标注的容量和放电倍率。

图2 测量空载电压

5.空载电压就是电池不带负载，没有工作电流状态下电池输出端的电压。它能粗略地反映电池储存电能的多少。图2 测量的就是电池的空载电压。图5和图7放电曲线中的A点电压就是空载电压。

6.负载电压——电池在输出一定的负载电流时，它的输出端电压，同一个电池在不同的负载电流下将有不同的负载电压。电池以同样的负载电流放电时，随着电能的减少，负载电压会逐渐降低。当设备停止工作，没有负载电流这个瞬间，电压会突然升高一点，在然后的几分钟时间里空载电压仍然会慢慢升高，几十分钟以后空载电压基本上就不再上升了。图5和图7中的B-C-D-E曲线之间的电压就是

负载电压。

图3 测量负载电流和负载电压

图3 是用自制的测试仪来测量负载电压和电流，数字显示负载电流是9A，这

个时候电池的负载电压是12.1V。

图4 放电曲线

为了精确了解电池的性能，需要做放电试验。就是按一定的时间规律，把放电过程中的电压和电流数据记录下来，然后用这些数据绘出相应的曲线。图4是标注为一种650mAh;10C;3.7V电池的放电曲线，上面那条标记为I的是电流曲线，下面一条标有U字的是电压曲线。由于条件限制，这个放电过程没有按照相关标准要求采用恒流放电，而是外接一个固定电阻进行放电，放电电流是随着电压的变化而变化的，这个试验的放电倍率大概是6C-7C。从电压曲线上可以看出以下几个特征：1.放电开始一小段时间内电压的变化比较快；2.放电过程的中间有较长一段时间电压变化比较稳定，放电曲线比较平坦；3.放电过程的最后阶段电压降低得很快。

放电曲线中的电流曲线和时间横轴之间的阴影部分（见图5），就是放电电流对

时间的积分，也就是电池释放出来的电量，或者叫做电池的有效容量。

图5 电池容量和中值电压

图5是在放电曲线的基础上得到的电池容量和中值电压。

7.中值电压——电池放电到一半容量时的负载电压。同一个电池用不同

的负载电流放电时会有不同的中值电压。

图6

图6显示的是同一个电池在不同放电电流下的放电曲线。一个实际放电倍率是7C另一个是2C。可以看出7C放电状态下的中值电压是3.56V，而2C放电状态下的中值电压要高一点，是3.72V。中值电压的实际意义是可以把它作为该模型计

算时的参考电压，也可以用这个中值电压来测试模型动力系统的基本性能。例如，