温度对磷酸铁锂电池性能的影响(1)
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（4）考察项目：充放电过程中
温度探头变化值。
2 测试结果及讨论
2. 1 不同温度下电池的放电容量 放电容量统计结果见下表 1。
低温性能以第一次 25 ℃下的放 电容量作为参考值，其它考察点 的考察数据与其进行比较；高温 性能以低温测试结束后的 25 ℃ 下的放电容量作为参考值，其它 考察点的考察数据与其进行比 较。取 3 只样品各考察点的考察 数据平均值作图，如图 1 所示。
9945.9 9849.8
9949.9 9855.8
9946.9 9852.4
9922.3 9825.4
9848.2 9555.3
平均值 10217.9 10098.7
9840.4 9381.5 8743.3 8099.8 7344.5 6783.4 6038.8 4450.1 9643.6 9834.8 9937.4 9943.3 9948.8 9945.0 9917.3 9690.3
由 于 在 实 际 使 用 过 程 中 ，负
66.4% ，- 20 ℃则不到 50% 容量， 作图，如图 2 所示。
载是额定功率输出，电池放电能
在 25~10 ℃，其容量衰减率每 5 ℃
从表 2 和图 2 可以看出，温 量决定了负载工作时间，因此有
增加 1 倍，20 ℃为 - 1.2% ，15 ℃ 则为 - 2.5%，10 ℃为- 4.5%；而在 10 ℃~- 15 ℃这个阶段，其容量 衰减率则基本相同，约为 6%
温度 （/ ℃）
表 2 温度对放电中值电压（0. 5 C）的影响
（mV）
放电中值电压
相对上一考 相对基准点
1
2
3
平均值 察点变化值 变化值
~7% /5 ℃，从 - 15 ℃降至 - 20 ℃ 其容量衰减率急剧增加，达到 - 15.6% ，因此可以认为 - 20 ℃ 是此类电池的一个低温坎。而在 高温阶段，其容量变化不是很明 显，容量最大值相对基准也仅增 加 3% 左右。且超过 30 ℃容量基 本不变，但值得注意的是，过了 50 ℃ 后 其 容 量 曲 线 不 升 反 降 ， 60 ℃下容量与基准点持平。 从 此点可以看出，应尽量避免电池 在 50 ℃以上环境中长期使用。 2. 2 不同温度下电池的放电中值 电压
3212.2 3195.2 3167.0 3142.3 3109.4 3075.5 3027.2 2984.9 2911.6 2714.9 3209.1 3219.5 3228.7 3233.5 3234.3 3242.0 3245.3 3245.1
3217.1 3199.5 3173.1 3148.5 3117.0 3081.9 3034.1 3001.7 2930.6 2717.0 3205.1 3216.4 3226.4 3232.1 3233.2 3241.3 3243.2 3240.3
E电动自行车 LECTRIC B ICYCLE
温度
对磷酸铁锂电池性能的影响
文 ◎ 孙 庆 杨秀金 代云飞 周寿斌 （江苏华富控股集团有限公司）
摘要：主要从放电容量、放电中值电压、放电能量 3 个方面研究了低温阶段与高温阶段两阶段温 度对磷酸铁锂电池性能的影响，同时还对比了低温 （- 20 ℃） 充放电与常温充电、低温放电 2 种情况 下放电容量，最后考察了 48 V180 Ah 电池组 （15 串） 在充放电过程中电池组内不同区域的温度场分 布情况。实验结果表明：对于实验的样品，低温对电池影响较大，- 20 ℃是其低温坎；高温下电池性 能变化不明显，温度 50 ℃以上电池性能开始下降，推荐使用温度范围 0~50 ℃；常温充电相比低温充 电其放电容量仅提升 10%；电池组在使用过程中，最内部的单体与最外面的单体温度差异可达 12 ℃。
- 10 6762.0 - 15 5942.8 - 20 4550.7 25(高温基准) 9739.8
30 9933.0 35 10031.7 40 10034.3 45 10040.7 50 10035.7 55 10004.2 60 9667.5
放电容量 /mAh
2
3
10204.5 10130.6
不同温度下的 0.5 C 与 1 C
25(低温基准) 20 15 10 5 0 5
- 10 - 15 - 20 25(高温基准)
30 35 40 45 50 55 60
3225.1 3211.0 3195.4 3176.8 3151.4 3118.6 3073.0 3018.0 2929.5 2733.6 3214.4 3225.6 3234.1 3239.0 3240.0 3247.0 3248.5 3244.8
２３ 2011 第 9 期
E电动自行车 LECTRIC B ICYCLE
度对中值电压的影响与对放电容
放电容量 /mAh 相对基准点容量 /(% )
11000
110
10000 100
9000
8000
90
7000 80
6000
5000
70
4000 60
3000
2000
50
1000
40
0 25 20 15 10 5 0 - 5- 10- 15- 20 25 30 35 40 45 50 55 60
1 100.0
98.9 97.2 93.4 87.3 80.2 72.8 65.5 57.6 44.1 100.0 102.0 103.0 103.0 103.1 103.0 102.7 99.3
相对测试基准点容量 / （%）
2
3
平均值
100.0
100.0
100.0
98.7
98.8
98.8
95.4
96.3
3218.1 3201.9 3178.5 3155.9 3125.9 3092.0 3044.8 3001.5 2923.9 2721.8 3209.5 3220.5 3229.7 3234.9 3235.8 3243.4 3245.7 3243.4
0.0 - 16.2 - 23.4 - 22.6 - 30.0 - 33.9 - 47.3 - 43.2 - 77.7 - 202.0
10076.3 10014.0
9734.1 9754.0
9200.2 9306.5
8527.4 8698.1
7913.7 8106.2
7111.0 7410.2
6662.4 6925.7
5972.2 6201.4
4379.3 4420.3
9644.5 9546.4
9833.2 9738.2
9937.6 9843.1
每一考察点性能测试方案： 以满电态开始，以 1/3 C 充电至 3.65 V 恒压至 0.01 C，搁置 10 min 后以 0.5 C 放电至 2.0 V，搁置 10 min，循环 3 次后满电下台。
（6）考察项目：每一考察点相 对基准点的放电容量、放电中值 电压、放电能量。 1. 2 电池组在使用过程中各单 体所处温度场情况
0.0 11.0
9.3 5.1 0.9 7.6 2.3 - 2.3
0.0 - 16.2 - 39.6 - 62.2 - 92.2 - 126.1 - 173.3 - 216.6 - 294.2 - 496.3
（2）将 3 只电芯上台进行不同 温度下的充放电测试。
（3）测试设备：深圳市新威尔 电子有限公司生产的规格型号为
CT- 3008W5V20A- TF 的高精度 电池性能测试系统。
（4）恒温设备：东莞市贝尔试 验设备有限公司生产的规格型号 为 BE- TH- 150M 3 的 可 程 式 恒 温恒湿箱。
2011 第 9 期 ２２
E 研 究 与 开 发
ELECTRIC B ICYCL
满电结束，然后温度再次降至 - 20 ℃进行一 次 - 20 ℃ 放 充 电 测试满电下台，至此低温性能测 试完毕；随后进行高温性能测试： 为了消除低温阶段测试的影响， 温度恢复到 25 ℃，并以此温度下 所测得的数据为高温测试基准 点，随后进行高温性能的测试，从 25 ℃开始至 60 ℃，每 5 ℃为一 温度考察点，每一考察点考察 0.5 C 放电容量。
（1）为方便组装测试，选取 15 只 3.2 V180 Ah 按 3×5 的排列 方式组装成电池组。
（2）将温度探头置于电池组中 的不同位置。
（3）充放电测试：以 1/3 C 恒 流 充 电 至 54.75 V （单 体 电 压 3. 65 V） 随 后 转 恒 压 充 电 至 0.02 C，搁置 10 min 后以 1 C 放 电至 30 V（单体电压 2.0 V）。
上 时 ， 基 本 能 保 持 正 常 容 量 的 的放电中值电压如表 2 所示，并 3 245.7- 3 209.5=36.2 mV。
80% 以上，但 0 ℃以下，容量下降 对 3 个 样 品 的 不 同 考 察 点 的 2. 3 不同温度下电池放电能量
速度加快，- 10 ℃只有常温下的 0.5C 与 1C 放电中值电压平均值
96.3
90.2
91.9
91.8
83.6
85.9
85.6
77.6
80.0
79.3
69.7
73.1
71.9
65.3
68.4
66.4
58.5
61.2
59.1
42.9
43.6
43.6
100.0
100.0
100.0
102.0
102.0
102.0
103.0
103.1
103.0
103.1
103.2
103.1
103.2
103.2
103.2
103.1
103.2
103.1
102.9
102.9
102.8
102.1
100.1
100.5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变化率 0.0
- 1.2 - 2.5 - 4.5 - 6.2 - 6.3 - 7.4 - 5.5 - 7.3 - 15.6
0.0 2.0 1.1 0.1 0.1 0.0 - 0.3 - 2.4
从表 1 和图 1 可以看出，在 低温阶段，随着温度的下降，其放 电容量是逐渐减少的。在 0 ℃以
表 1 温度对放电容量 （0. 5 C） 的影响
温度 （/ ℃） 1
25(低温基准) 10318.4 20 10205.9 15 10033.2 10 9637.7 5 9004.3 0 8279.5 - 5 7512.3
关键词：磷酸铁锂电池；性能；低温；高温；温度场
锂离子电池具有工作电压 高 （是 镍 镉 电 池 、 氢 镍 电 池 3 倍）、 比 能 量 大 （ 可 达 165 Wh/kg，是氢镍电池的 3 倍）、体 积小、质量轻、循环寿命长、自放 电率低、无记忆 效 应 、无 污 染 等 众多优点。在锂离子电池中，磷 酸铁锂电池较被看好，这种电池 虽然比能量不及钴酸锂电池，但 是其安全性高，单体电池的循环 次 数 能 达 到 2 000 次 ， 放 电 稳 定，可快速充电且不含重金属无 毒环保。因此磷酸铁锂电池是目 前被十分看好的锂离子电池，尤 其是动力电池和储能这些对体 积比能量要求不如手机电池那 么高的领域。虽然其具备了如此 多的优点和优势，但是其推广的 速 度 及 应 用 领 域 的 广 度 、深 度 却
（5）实验方案：以 25 ℃为低 温测试基准点，先进行低温性能 的测试，从 25 ℃开始至 - 20 ℃， 每 5 ℃为一温度考察点，温度变 化速率为 30 min/5 ℃，每个温度 点下搁置 24 h 后方可进行该温 度点下的性能测试；- 20 ℃点充 放电测试完毕后进行一次 25 ℃ 下的充电 - 20 ℃下的放电测试， 以验证其低温性能较差的制约因 素是充电过程还是放电过程。具 体过程：将温度恢复到 25 ℃，进 行 25 ℃下的充放电循环，最后以
温度测试点 /(℃)
图 1 不同温度下电池的放电容量
量的影响有些类似，低温阶段，随 着温度下降，其放电中值电压均是 逐步降低，且下降速度呈逐步增加 的趋势，在 0 ℃以上基本维持在 3 100 mV 以上，至 - 15 ℃降至 2 923 mV，而 - 20 ℃相对 - 15 ℃， 其中值电压更是下降了近200 mV， 只有 2 720 mV 左右。而在高温阶 段，除了 60 ℃略微降低点，其它 均是较前一温度点有所增加， 且增 加 幅 度 很 小 ，极 差 值 只 有
不尽如人意。阻碍其快速推广的 因素除了价格、磷酸铁锂材料自 身的生产批次一致性等因素外， 其温度性能也是重要原因。
此文考察了温度对磷酸铁锂 电池性能的影响，同时考察了电 池组在使用过程中各单体所处温 度场情况。
1 实验方案
1. 1 温度对磷酸铁锂电池性能 影响实验方案
（1） 选取规格为 3.2 V10 Ah 的 3 只出厂合格的磷酸铁锂电芯 作为样品进行考察。
温度探头变化值。
2 测试结果及讨论
2. 1 不同温度下电池的放电容量 放电容量统计结果见下表 1。
低温性能以第一次 25 ℃下的放 电容量作为参考值，其它考察点 的考察数据与其进行比较；高温 性能以低温测试结束后的 25 ℃ 下的放电容量作为参考值，其它 考察点的考察数据与其进行比 较。取 3 只样品各考察点的考察 数据平均值作图，如图 1 所示。
9945.9 9849.8
9949.9 9855.8
9946.9 9852.4
9922.3 9825.4
9848.2 9555.3
平均值 10217.9 10098.7
9840.4 9381.5 8743.3 8099.8 7344.5 6783.4 6038.8 4450.1 9643.6 9834.8 9937.4 9943.3 9948.8 9945.0 9917.3 9690.3
由 于 在 实 际 使 用 过 程 中 ，负
66.4% ，- 20 ℃则不到 50% 容量， 作图，如图 2 所示。
载是额定功率输出，电池放电能
在 25~10 ℃，其容量衰减率每 5 ℃
从表 2 和图 2 可以看出，温 量决定了负载工作时间，因此有
增加 1 倍，20 ℃为 - 1.2% ，15 ℃ 则为 - 2.5%，10 ℃为- 4.5%；而在 10 ℃~- 15 ℃这个阶段，其容量 衰减率则基本相同，约为 6%
温度 （/ ℃）
表 2 温度对放电中值电压（0. 5 C）的影响
（mV）
放电中值电压
相对上一考 相对基准点
1
2
3
平均值 察点变化值 变化值
~7% /5 ℃，从 - 15 ℃降至 - 20 ℃ 其容量衰减率急剧增加，达到 - 15.6% ，因此可以认为 - 20 ℃ 是此类电池的一个低温坎。而在 高温阶段，其容量变化不是很明 显，容量最大值相对基准也仅增 加 3% 左右。且超过 30 ℃容量基 本不变，但值得注意的是，过了 50 ℃ 后 其 容 量 曲 线 不 升 反 降 ， 60 ℃下容量与基准点持平。 从 此点可以看出，应尽量避免电池 在 50 ℃以上环境中长期使用。 2. 2 不同温度下电池的放电中值 电压
3212.2 3195.2 3167.0 3142.3 3109.4 3075.5 3027.2 2984.9 2911.6 2714.9 3209.1 3219.5 3228.7 3233.5 3234.3 3242.0 3245.3 3245.1
3217.1 3199.5 3173.1 3148.5 3117.0 3081.9 3034.1 3001.7 2930.6 2717.0 3205.1 3216.4 3226.4 3232.1 3233.2 3241.3 3243.2 3240.3
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温度
对磷酸铁锂电池性能的影响
文 ◎ 孙 庆 杨秀金 代云飞 周寿斌 （江苏华富控股集团有限公司）
摘要：主要从放电容量、放电中值电压、放电能量 3 个方面研究了低温阶段与高温阶段两阶段温 度对磷酸铁锂电池性能的影响，同时还对比了低温 （- 20 ℃） 充放电与常温充电、低温放电 2 种情况 下放电容量，最后考察了 48 V180 Ah 电池组 （15 串） 在充放电过程中电池组内不同区域的温度场分 布情况。实验结果表明：对于实验的样品，低温对电池影响较大，- 20 ℃是其低温坎；高温下电池性 能变化不明显，温度 50 ℃以上电池性能开始下降，推荐使用温度范围 0~50 ℃；常温充电相比低温充 电其放电容量仅提升 10%；电池组在使用过程中，最内部的单体与最外面的单体温度差异可达 12 ℃。
- 10 6762.0 - 15 5942.8 - 20 4550.7 25(高温基准) 9739.8
30 9933.0 35 10031.7 40 10034.3 45 10040.7 50 10035.7 55 10004.2 60 9667.5
放电容量 /mAh
2
3
10204.5 10130.6
不同温度下的 0.5 C 与 1 C
25(低温基准) 20 15 10 5 0 5
- 10 - 15 - 20 25(高温基准)
30 35 40 45 50 55 60
3225.1 3211.0 3195.4 3176.8 3151.4 3118.6 3073.0 3018.0 2929.5 2733.6 3214.4 3225.6 3234.1 3239.0 3240.0 3247.0 3248.5 3244.8
２３ 2011 第 9 期
E电动自行车 LECTRIC B ICYCLE
度对中值电压的影响与对放电容
放电容量 /mAh 相对基准点容量 /(% )
11000
110
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7000 80
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1 100.0
98.9 97.2 93.4 87.3 80.2 72.8 65.5 57.6 44.1 100.0 102.0 103.0 103.0 103.1 103.0 102.7 99.3
相对测试基准点容量 / （%）
2
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平均值
100.0
100.0
100.0
98.7
98.8
98.8
95.4
96.3
3218.1 3201.9 3178.5 3155.9 3125.9 3092.0 3044.8 3001.5 2923.9 2721.8 3209.5 3220.5 3229.7 3234.9 3235.8 3243.4 3245.7 3243.4
0.0 - 16.2 - 23.4 - 22.6 - 30.0 - 33.9 - 47.3 - 43.2 - 77.7 - 202.0
10076.3 10014.0
9734.1 9754.0
9200.2 9306.5
8527.4 8698.1
7913.7 8106.2
7111.0 7410.2
6662.4 6925.7
5972.2 6201.4
4379.3 4420.3
9644.5 9546.4
9833.2 9738.2
9937.6 9843.1
每一考察点性能测试方案： 以满电态开始，以 1/3 C 充电至 3.65 V 恒压至 0.01 C，搁置 10 min 后以 0.5 C 放电至 2.0 V，搁置 10 min，循环 3 次后满电下台。
（6）考察项目：每一考察点相 对基准点的放电容量、放电中值 电压、放电能量。 1. 2 电池组在使用过程中各单 体所处温度场情况
0.0 11.0
9.3 5.1 0.9 7.6 2.3 - 2.3
0.0 - 16.2 - 39.6 - 62.2 - 92.2 - 126.1 - 173.3 - 216.6 - 294.2 - 496.3
（2）将 3 只电芯上台进行不同 温度下的充放电测试。
（3）测试设备：深圳市新威尔 电子有限公司生产的规格型号为
CT- 3008W5V20A- TF 的高精度 电池性能测试系统。
（4）恒温设备：东莞市贝尔试 验设备有限公司生产的规格型号 为 BE- TH- 150M 3 的 可 程 式 恒 温恒湿箱。
2011 第 9 期 ２２
E 研 究 与 开 发
ELECTRIC B ICYCL
满电结束，然后温度再次降至 - 20 ℃进行一 次 - 20 ℃ 放 充 电 测试满电下台，至此低温性能测 试完毕；随后进行高温性能测试： 为了消除低温阶段测试的影响， 温度恢复到 25 ℃，并以此温度下 所测得的数据为高温测试基准 点，随后进行高温性能的测试，从 25 ℃开始至 60 ℃，每 5 ℃为一 温度考察点，每一考察点考察 0.5 C 放电容量。
（1）为方便组装测试，选取 15 只 3.2 V180 Ah 按 3×5 的排列 方式组装成电池组。
（2）将温度探头置于电池组中 的不同位置。
（3）充放电测试：以 1/3 C 恒 流 充 电 至 54.75 V （单 体 电 压 3. 65 V） 随 后 转 恒 压 充 电 至 0.02 C，搁置 10 min 后以 1 C 放 电至 30 V（单体电压 2.0 V）。
上 时 ， 基 本 能 保 持 正 常 容 量 的 的放电中值电压如表 2 所示，并 3 245.7- 3 209.5=36.2 mV。
80% 以上，但 0 ℃以下，容量下降 对 3 个 样 品 的 不 同 考 察 点 的 2. 3 不同温度下电池放电能量
速度加快，- 10 ℃只有常温下的 0.5C 与 1C 放电中值电压平均值
96.3
90.2
91.9
91.8
83.6
85.9
85.6
77.6
80.0
79.3
69.7
73.1
71.9
65.3
68.4
66.4
58.5
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59.1
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103.0
103.1
103.2
103.1
103.2
103.2
103.2
103.1
103.2
103.1
102.9
102.9
102.8
102.1
100.1
100.5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变化率 0.0
- 1.2 - 2.5 - 4.5 - 6.2 - 6.3 - 7.4 - 5.5 - 7.3 - 15.6
0.0 2.0 1.1 0.1 0.1 0.0 - 0.3 - 2.4
从表 1 和图 1 可以看出，在 低温阶段，随着温度的下降，其放 电容量是逐渐减少的。在 0 ℃以
表 1 温度对放电容量 （0. 5 C） 的影响
温度 （/ ℃） 1
25(低温基准) 10318.4 20 10205.9 15 10033.2 10 9637.7 5 9004.3 0 8279.5 - 5 7512.3
关键词：磷酸铁锂电池；性能；低温；高温；温度场
锂离子电池具有工作电压 高 （是 镍 镉 电 池 、 氢 镍 电 池 3 倍）、 比 能 量 大 （ 可 达 165 Wh/kg，是氢镍电池的 3 倍）、体 积小、质量轻、循环寿命长、自放 电率低、无记忆 效 应 、无 污 染 等 众多优点。在锂离子电池中，磷 酸铁锂电池较被看好，这种电池 虽然比能量不及钴酸锂电池，但 是其安全性高，单体电池的循环 次 数 能 达 到 2 000 次 ， 放 电 稳 定，可快速充电且不含重金属无 毒环保。因此磷酸铁锂电池是目 前被十分看好的锂离子电池，尤 其是动力电池和储能这些对体 积比能量要求不如手机电池那 么高的领域。虽然其具备了如此 多的优点和优势，但是其推广的 速 度 及 应 用 领 域 的 广 度 、深 度 却
（5）实验方案：以 25 ℃为低 温测试基准点，先进行低温性能 的测试，从 25 ℃开始至 - 20 ℃， 每 5 ℃为一温度考察点，温度变 化速率为 30 min/5 ℃，每个温度 点下搁置 24 h 后方可进行该温 度点下的性能测试；- 20 ℃点充 放电测试完毕后进行一次 25 ℃ 下的充电 - 20 ℃下的放电测试， 以验证其低温性能较差的制约因 素是充电过程还是放电过程。具 体过程：将温度恢复到 25 ℃，进 行 25 ℃下的充放电循环，最后以
温度测试点 /(℃)
图 1 不同温度下电池的放电容量
量的影响有些类似，低温阶段，随 着温度下降，其放电中值电压均是 逐步降低，且下降速度呈逐步增加 的趋势，在 0 ℃以上基本维持在 3 100 mV 以上，至 - 15 ℃降至 2 923 mV，而 - 20 ℃相对 - 15 ℃， 其中值电压更是下降了近200 mV， 只有 2 720 mV 左右。而在高温阶 段，除了 60 ℃略微降低点，其它 均是较前一温度点有所增加， 且增 加 幅 度 很 小 ，极 差 值 只 有
不尽如人意。阻碍其快速推广的 因素除了价格、磷酸铁锂材料自 身的生产批次一致性等因素外， 其温度性能也是重要原因。
此文考察了温度对磷酸铁锂 电池性能的影响，同时考察了电 池组在使用过程中各单体所处温 度场情况。
1 实验方案
1. 1 温度对磷酸铁锂电池性能 影响实验方案
（1） 选取规格为 3.2 V10 Ah 的 3 只出厂合格的磷酸铁锂电芯 作为样品进行考察。