電池的工作電壓

工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。在電池放電工作狀態下，當電流流過電池內部時，需克服電池的內阻所造成阻力，會造成歐姆壓降和電極極化，故工作電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反，端電壓總是高于開路電壓。即極化的結果使電池放電時端電壓低于電池的電動勢，電池充電時，電池的端電壓高于電池的電動勢。

由于極化現象的存在，會導致電池在充放電過程中瞬時電壓與實際電壓會產生一定的偏差。充電時，瞬時電壓略高于實際電壓，充電結束后極化消失，電壓回落;放電時，瞬時電壓略低于實際電壓，放電結束后極化消失，電壓回升。

圖4電池電壓的組成及其與工作電流的關系

綜合以上所述，電池端電壓的組成如圖4所示，表達式為：

其中，E+、E—分別表示正、負極的電勢，E+0、E—0分別表示正、負極的平衡電極電勢，VR表示歐姆極化電壓，η+、η—分別表示正、負極的過電勢。

放電測試基本原理

基本了解電池的電壓之后，我們開始解析鋰離子電池的放電曲線。放電曲線基本反映電極的狀態，是正負兩個電極狀態變化的疊加。圖5是常見商業鋰離子電池的典型恒流放電測試的電流和電壓曲線。充放電測試時，設備對電池施加一定的載荷，根據設定的數據記錄條件記錄電壓隨時間的演變過程以及電流隨時間的演變過程。

圖5常見商業電池的典型放電的電流和電壓曲線

在整個放電過程中鋰離子電池的電壓曲線可以分為3個階段：

1)電池在初始階段端電壓快速下降，放電倍率越大，電壓下降的越快;

2)電池電壓進入一個緩慢變化的階段，這段時間稱為電池的平臺區，放電倍率越小，平臺區持續的時間越長，平臺電壓越高，電壓下降越緩慢。

3)在電池電量接近放完時，電池負載電壓開始急劇下降直至達到放電截止電壓。

測試時，采集數據的方式有兩種：

(1)根據設定的時間間隔Δt采集電流，電壓和時間等數據;

(2)根據設定電壓變化差ΔV采集電流，電壓和時間數據。充放電設備的精度主要包括電流精度、電壓精度、時間精度。表2是某款充放電機的設備參數，其中，%FS表示全量程的百分數，0.05%RD是指測量的誤差在讀數的0.05%范圍內。

表2某款充放電機的設備參數

充放電設備一般采用數控恒流源代替負載電阻作負載，使電池的輸出電壓與回路中串聯電阻或寄生電阻無關，而只與電池等效的理想電壓源的電壓E和內阻r以及回路電流I相關。如果使用電阻做負載，設電池等效的理想電壓源的電壓為E，內阻為r，負載電阻為R，用電壓表測量負載電阻兩端的電壓，如圖6上圖所示。但是，實際情況下，電路中存在引線電阻和夾具接觸電阻(統一為寄生電阻)圖6上圖的等效電路圖為圖6下圖所示。實際情況下不可避免地引入了寄生電阻，從而使總的負載電阻變大，但是測量的電壓是負載電阻R兩端的電壓，因此引入了誤差。

圖6電阻放電法原理框圖和實際等效電路圖

當電流為I1的恒流源作為負載時，恒流源負載原理圖和實際等效電路圖如圖7所示。E、I1為恒定值，r在一定時間內不變。

由以上公式可知A、B兩點電壓為恒定值，即電池的輸出電壓與回路中串聯電阻的大小無關，當然也就與寄生電阻無關。另外，四端子測量方式可以實現對電池輸出電壓的較準確測量。

圖7恒流源負載等效原理框圖和實際等效電路圖

恒流源是一種能向負載提供恒定電流的電源裝置，在外界電網電源產生波動和阻抗特性發生變化時它仍能使輸出電流保持恒定。