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摘要：近年来，科技的巨大进步及电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。其中锂离子电池因为有着高能量密度、高内阻、高电池电压、高循环次数、低自放电等尤为突出的特性，从电池产品中脱颖而出，迅速成为市场的主流。
关键词：锂离子电池；充放电；电压测量技术
1、锂离子电池的原理及特性?
通过对锂离子电池研究后发现，锂离子电池的结构和特性主要表现在以下几个方面：?
1.1锂离子电池的结构?
锂离子电池的结构与其他电池类似，都是采用了正负极结构，其中区别主要是锂离子电池在正负极的材料选用上与其他电池不同，另外锂离子电池的整体结构相对于普通铅酸电池要复杂一些，锂离子主要采用了嵌入式结构，既提高了锂离子电池的充电效果，同时也满足了锂离子电池的充电需要。?
1.2锂离子电池的工作原理?
锂聚合物电池的原理与液态锂相同，主要区别是电解液与液态锂不同。电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。?
1.3锂离子电池的特性?
锂聚合物电池和锂离子电池技术都能代替Ni-Gd电池。但是价格太高，市场还未完全接受，特别是锂聚合物技术。锂聚合物电池在相同体积下比锂电池容量大，且完全没有记忆效应（锂离子电池还是有记忆效应的，只是比较小而已）。锂聚合物电池其实是一种凝胶状物质，容易做成各种形状。而且不含有害的重金属元素，是“绿色电池”。
2、锂离子电池充放电工作原理及电压要求?
进行分析之前要清楚锂离子电池充放电工作原理及电压要求。锂离子电池进行充电之前应该对其电压和温度进行检查和测量，判断它是否能够充电。若电池电压或温度超出说明规定上允许的范围，就要禁止充电。一般允许锂电子电池充电的电压范围是：电池2.5V至4.2V。锂电池的正负极材料都有其最大的点位限制的，这种点位的限制于材料脱锂或者嵌锂之后的稳定性有很大的关联度的。比如，钴酸锂配石墨电池的电压范围一般为3.0-4.2V。那么在充电的过程中，正极钴酸锂内的锂离子脱出，嵌入到负极石墨层内，但是钴酸锂的锂离子最多也只能脱出0.55mol，此时对应的电池电压也就是4.2V左右，如果锂离子进一步脱出，那么电池电压就会继续上升到4.2V以上，但是钴酸锂内的锂离子脱出过多之后，其结构就会坍塌，那么电池放电的时候，锂离子就难以甚至无法回到原位，导致电池失效。因此，大部分的电池电压的确定是与电池正负极材料结果稳定性能和空间结构特性相关联的。锂离子电池充电是分为两个阶段的：先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充电。如果电池是在深放电，那么充电器需要有一个预充过程，这样之后可以使电池快速充电；厂商推荐的快速充电速率，一般是1C，充电器对电池进行恒流充电，电池电压就会逐渐上升；待电池电压达到设定的终止电压（一般为4.1V或4.2V），恒流充电终止，充电电流快速衰减，充电进入满充过程；在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降低到C/10以下或满充时间超时时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器仍然会以极小的充电电流为电池补允能量。顶端截止充电一段时间后，才会结束充电。?
锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。因此需要对其充放电过程中电压进行测量，这里主要将测量装置技术与改进技术进行比较从而说明更为科学先进的锂离子充放电电压测传统量装置技术。
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3、传统测量装置特点及弊端?
第一，传统测量方法较为繁琐操作也比较麻烦一般需要三个人来共同完成，一个人将放电电阻串接在单个蓄电池的两极，同时另外一个人用万用表测量该电池的端电压，然后第三个人当放电时间达到时间时记录万用表的电压读数；?
第二，危险系数比较高，因为传统用于测量放电电压的电阻是敞开式电阻丝，那么就存在烫伤和电伤测量人员的危险；?
第三，传统装置由于技术缺陷，操作起来困难，而且测量耗时比较长，很容易造成测量人员手部眼部疲劳，高强度的工作量劳动量会耗费了大量人力物力时间。
4、改进后的锂离子电池充放电电压测量装置技术分析?
我们可以将锂离子电池放电电阻和电压表安放在同一个装置里，然后通过切换开关来对投入放电电阻或者投入电压表进行选择，也可以将两者同一时刻投入，同时对传统的随时用手记录数据，繁琐复杂的操作等弊端进行改进，利用单片机原理可以自动测量和存储蓄电池浮充电压和放电电压数值，并且在测量过程中可以运用声音或指示灯进行提示，将数据存在掉电后也不会不丢失数据的闪存中，测量结束后，运用单片机与PC的串口通信，将记录的数据传输到PC中，这样就可以实现对锂离子电池测量的全程数字化。这个过程中工作人员需要做的是：首先，测量好锂离子电池组的总电压。这相当于一个电压表，上面的液晶面板能够显示出电压读数，并有软件自动记录下电压值；其次，测量锂离子电池的浮充电压，这需要在在每一个锂离子电池的两端测量。软件也会自动记录好电压值，开始还会设定好浮充电压的上下限，高于上限或下限，声音或灯光就会报警；然后，测量锂离子电池放电时候的电压，每个锂离子电池放电一段时间后，软件将会自动记录下电压值，同时会有声响或指示灯光提示操作人员时间到，能够开始测量下一个锂离子电池；最后，要将这些数据打印出来，若把测量的面板同电脑连接，能够读出其中的数据，同时将这些数据打印。在这个过程中，不合格的锂离子电池通过电压的显示也会被发现。?
这样设计的锂离子充放电电压测量装置原理：通过等待测量的电压电路（由测电夹子及引线、放电开关、放电电阻构成一个无源的待测电压电路）将测量的电压值加载到电子切换开关上将待测电压分为多个区段送给CPU内置的12位A/D转换器，这样就保证了测试装置在较宽电压输入的情况下，依然保证一定的精确度（因为不同电压等级的变电站的单个蓄电池的电压值是不同的，因此采取了多个通道的方式，以适应不同电压值的蓄电池），CPU采取内置1个A/D转换器的单片机，基准源电路则提供给内置于CPU的A/D转换器一个基准的电压，使A/D转换器能满足精度要求情况下正常工作。通过事先编写好的软件对输入的电压值进行处理，并将数据存储在掉电不丢失数据的闪存中，然后通过RS-232串口通信电路，将数据传输至电脑中，实现将数据打印出来的功能。单片机采用汇编语言编程，就可以利用用软件实现硬件的功能，实现自由选择投入电压表或者放电电阻或者二者同时投入的功能，实现自动设置电压上限及下限的功能，还能实现自动计时自动记录测试数据功能。?
其软件操作需要预先选定浮充模式或者放电模式，也要定好电压的上下限值，读出的电压值经过预定流程就可以储存至闪存中，然后这样循环几次，待所有锂离子电池都测量好，最后将测量结果通过串口通信电路传输到电脑中，之后就只需要打印机将数据打印出来保存，就得到了锂离子电池充放电电压测量结果。
5、结束语?
综上可知，改进后的锂离子电池充放电电压测量装置技术与传统测量装置测量技术相比更为精确，更为便捷，危险性降低，可操作性大大增强，不但节省了劳动力，也大大提高了实际操作的工作效率，更有效规避了传统操作中的风险带来了巨大经济效益。
参考文献:
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[3]张世明.新型锂离子电池正极材料研究与探索[J].上海电力学院，2013.
论文作者:米蕾蕾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：电压论文; 锂离子电池论文; 测量论文; 电池论文; 装置论文; 锂离子论文; 技术论文; 《防护工程》2018年第30期论文;