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【干货】知道了这些个参数 就拿到了“动力电池”的钥匙

发布时间:2017-10-15  来源:未知  作者:木木

储能网讯:作为一篇入门的文章,笔者先跟大家分享一下动力电池的性能参数,固然这些个参数都比较偏理论叙述,但是却是动力电池最基本的元素,就像一把钥匙,通过它们才能评估动力电池的好坏,才能翻开这扇大门。

我们先来温习一下高中知识...

电压(V)

开路电压,顾名思义,即电池外部不接任何负载或电源,测量电池正负极之间的电位差,即为电池的开路电压。

工作电压,与开路电压相对应,即电池外接上负载或电源,有电流流过电池,测量所得的正负极之间的电位差。

由于电池内阻的存在,放电状态时(外接负载),工作电压低于开路电压,充电时(外接电源)的工作电压高于开路电压。

电压(V)

开路电压,顾名思义,即电池外部不接任何负载或电源,测量电池正负极之间的电位差,即为电池的开路电压。

工作电压,与开路电压相对应,即电池外接上负载或电源,有电流流过电池,测量所得的正负极之间的电位差。

由于电池内阻的存在,放电状态时(外接负载),工作电压低于开路电压,充电时(外接电源)的工作电压高于开路电压。

电池容量(Ah)

可能包容或释放的电荷Q,Q=It,即电池容量(Ah)=电流(A)x放电时间(h),单位一般为Ah(安时)或mAh(毫安时)。

好比车内蓄电池标注16Ah,那么在工作时电流为1A的时候,实践上能够应用16小时。

电池能量(Wh)

电池储存的能量,单位为Wh(瓦时),能量(Wh)=电压(V)×电池容量(Ah)。

如下图,为标识为3.7V/10000mAh的电池,其能量为37Wh,而如果我们把4节这样的电池串联,就组成了一个电压是14.8V,容量为10000mAh的电池组,虽然没有提高电池容量,但总能量确提高了4倍。

(写到这儿笔者看了一下本人的充电宝标识,特地搜寻了下民航规定不能携带超过160Wh…)

复习了高中知识,我们下面来一点干货...

能量密度(Wh/L&Wh/kg)

单位体积或单位质量电池释放的能量。

假如是单位体积,即体积能量密度(Wh/L),许多处所直接简称为能量密度;

如果是单位质量,就是质量能量密度(Wh/kg),很多地方也叫比能量。

如一节锂电池重300g,额定电压为3.7V,容量为10Ah,则其比能量为123Wh/kg。

依据16年发布的“节能与新能源汽车技巧路线图”,我们可以或许对动力电池发展趋势有一个概念,下图所示,到2020年,纯电动汽车电池单体比能量要达到350Wh/kg

功率密度(W/L&W/kg)

将能量除以时间,便得到功率,单位为W或kW。同样道理,功率密度是指单位质量(有些地方也直接叫比功率)或单位体积电池输出的功率,单位为W/kg或W/L。

比功率是评价电池是否知足电动汽车加速性能的重要指标。

比能量和比功率毕竟有什么差别?

举个形象的例子:

比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,保证汽车续航里程长。

比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子,速度快,可以供给很高的霎时电流,保证汽车加速性能好。

下面的参数轻微有点绕口...

电池放电倍率(C)

放电倍率是指在划定时间内放出其额定容量(Q)时所需要的电流值,它在数值上等于电池额定容量的倍数。

即:充放电电流(A)/额定容量(Ah),其单位一般为C(C-rate的简写),如0.5C,1C,5C等

举个例子,对于容量为24Ah电池来说:

用48A放电,其放电倍率为2C,反过来讲,2C放电,放电电流为48A,0.5小时放电完毕;

用12A充电,其充电倍率为0.5C,反过来讲,0.5C充电,充电电流为12A,2小时充电完毕;

电池的充放电倍率,决议了我们可以以多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来。

荷电状态(%)

SOC,全称是StateofCharge,荷电状态,也叫剩余电量,代表的是电池放电后残余容量与其完全充电状态的容量的比值。

其取值范围为0~1,当SOC=0时表示电池放电完全,当SOC=1时表现电池完全布满。电池管理系统(BMS)就是主要通过治理SOC并进行估算来保障电池高效的工作,所以它是电池管理的中心。

目前SOC估算主要有开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等,我们以后再详细解读。

内阻

内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。

包含欧姆内阻和极化内阻,其中:欧姆内阻包括电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的电阻;极化内阻包括电化学极化电阻和浓差极化电阻。

用数据谈话,下图表示一电池放电曲线,X轴表示放电量,Y轴表示电池开路电压,电池理想放电状态为黑色曲线,红色曲线是斟酌到电池内阻时的真实状态。

图示:Qmax为电池最大化学容量;Quse为电池实际容量;Rbat表示电池的内阻;EDV为放电终止电压;I为放电电流。

从图中可以看出,电池实际容量Quse<电池理论上的最大化学容量Qmax。

由于电阻的存在,电池的实际容量会下降。我们也可以看到,电池实际容量Quse取决于两个因素:

放电电流I与电池内阻Rbat的乘积,以及放电终止电压EDV是多少。

需要指出的是电池内阻Rbat会随着电池的使用而逐渐增大。

内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ),内阻大的电池,在充放电的时候,内部功耗大,发热严重,会造成电池的加速老化和寿命衰减,同时也会限制大倍率的充放电应用。所以,内阻做的越小,电池的寿命和倍率性能就会越好。通常电池内阻的丈量办法有交换和直流测试法。

自放电

电池自放电,是指在开路静置过程中电压下降的现象,又称电池的荷电坚持才能。

一般而言,电池自放电主要受制造工艺、材料、储存前提的影响。

自放电依照容量损失后是否可逆划分为两种:容量损失可逆,指经过再次充电过程容量可以恢复;容量损失不可逆,表示容量不能恢复。

目前对电池自放电原因研究理论比较多,总结起来分为物理原因(存储环境,制造工艺,资料等)以及化学原因(电极在电解液中的不稳定性,内部产生化学反映,活性物质被消耗等),电池自放电将直接降低电池的容量和贮存性能。

寿命

电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命指的是电池可以循环充放电的次数。

即在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行充放电,盘算电池容量衰减到80%时所阅历的循环次数。

日历寿命是指电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿命与详细的使用要求严密联合的,通常需要规定详细的使用工况,环境条件,存储间隔等。

循环寿命是一个理论上的参数,而日历寿命更拥有实际意义。但日历寿命的测算复杂,耗时长,所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。

上图为一三元锂电池的充放电特性图,可以看出,不同的充放电方式对电池的寿命影响不一样,如上图数据,以25%-75%充放电的寿命可以到达2500次,即我们所说的电池浅充浅放。电池寿命这个话题我们以后还会深刻探讨。

电池组的一致性

这个参数比较有意思,即便是统一规格型号的电池单体在成组后,电池组在电压、容量、内阻、寿命等性能有很大的差异,在电动汽车上使用时,性能指标往往达不到单体电池的原有程度。

目前比较公道的说明:

单体电池在制造出来后,由于工艺的问题,导致内部构造和材质不完全一致,自身存在一定性能差别。

初始的不一致随着电池在使用过程中持续的充放电循环而累计,再加上电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同,导致各单体电池状态产生更大的差异,在使用过程中逐步放大,从而在某些情形下使某些单体电池性能加速衰减,并最终引发电池组过早失效。

需要指出的是,动力电池组的性能决定于电池单体的性能,但绝不是单体电池性能的简略累加。由于单体电池性能不一致的存在,使得动力电池组在电动汽车长进行重复使用时,发生各种问题而导致寿命缩短。

除了要求在生产和配组过程中,严格掌握工艺和尽量保持单体电池的一致性外,目前行业广泛采取带有平衡功能的电池管理系统来节制电池组内电池的一致性,以延长产品的使用寿命。

化成

我们说说最后一个参数,这个参数主要和电池的制造工艺有关。

电池制成后,需要对电芯进行小电流充电,将其内部正负极物质激活,在负极表面形成一层钝化层——SEI(solidelectrolyteinterface)膜,使电池性能更加稳定,电池经过化成后才干体现其真实的性能,这一过程称为化成。

化成过程中的分选过程可以提高电池组的一致性,使终极电池组的性能进步,化成容量是筛选及格电池的重要指标。下图为SEI膜,像不像黑色的玫瑰花。

小结

我们通过文章,根本上总结了所有和动力电池有关的性能参数,希望对大家有所赞助,以后在议论电池的时候就不会是一个“门外汉”了。




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