鋰電池性能各參數解析
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鋰電池性能各參數解析

鋰電池性能各參數解析
發(fā)布時(shí)間:2018-10-10
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電壓(V)

開(kāi)路電壓,顧名思義,即電池外部不接任何負載或電源,測量電池正負極之間的電位差,即為電池的開(kāi)路電壓。工作電壓,與開(kāi)路電壓相對應,即電池外接上負載或電源,有電流流過(guò)電池,測量所得的正負極之間的電位差。

由于電池內阻的存在,放電狀態(tài)時(shí)(外接負載),工作電壓低于開(kāi)路電壓,充電時(shí)(外接電源)的工作電壓高于開(kāi)路電壓。

電池容量(Ah)

能夠容納或釋放的電荷Q,Q=It,即電池容量(Ah)=電流(A)x放電時(shí)間(h),單位一般為Ah(安時(shí))或mAh(毫安時(shí))。

比如車(chē)內蓄電池標注16Ah,那么在工作時(shí)電流為1A的時(shí)候,理論上可以使用16小時(shí)。

電池能量(Wh)

電池儲存的能量,單位為Wh(瓦時(shí)),能量(Wh)=電壓(V)×電池容量(Ah)。

能量密度(Wh/L&Wh/kg)

單位體積或單位質(zhì)量電池釋放的能量。

如果是單位體積,即體積能量密度(Wh/L),很多地方直接簡(jiǎn)稱(chēng)為能量密度;

如果是單位質(zhì)量,就是質(zhì)量能量密度(Wh/kg),很多地方也叫比能量。

如一節鋰電池重300g,額定電壓為3.7V,容量為10Ah,則其比能量為123Wh/kg。

根據16年發(fā)布的“節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖”,我們可以大概對動(dòng)力電池發(fā)展趨勢有一個(gè)概念,下圖所示,到2020年,純電動(dòng)汽車(chē)電池單體比能量要達到350Wh/kg

功率密度(W/L&W/kg)

將能量除以時(shí)間,便得到功率,單位為W或kW。同樣道理,功率密度是指單位質(zhì)量(有些地方也直接叫比功率)或單位體積電池輸出的功率,單位為W/kg或W/L。

比功率是評價(jià)電池是否滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)加速性能的重要指標。

電池放電倍率(C)

放電倍率是指在規定時(shí)間內放出其額定容量(Q)時(shí)所需要的電流值,它在數值上等于電池額定容量的倍數。即:充放電電流(A)/額定容量(Ah),其單位一般為C(C-rate的簡(jiǎn)寫(xiě)),如0.5C,1C,5C等

舉個(gè)例子,對于容量為24Ah電池來(lái)說(shuō):

用48A放電,其放電倍率為2C,反過(guò)來(lái)講,2C放電,放電電流為48A,0.5小時(shí)放電完畢;

用12A充電,其充電倍率為0.5C,反過(guò)來(lái)講,0.5C充電,充電電流為12A,2小時(shí)充電完畢;

電池的充放電倍率,決定了我們可以以多快的速度,將一定的能量存儲到電池里面,或者以多快的速度,將電池里面的能量釋放出來(lái)。

荷電狀態(tài)(%)

SOC,全稱(chēng)是StateofCharge,荷電狀態(tài),也叫剩余電量,代表的是電池放電后剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值。

其取值范圍為0~1,當SOC=0時(shí)表示電池放電完全,當SOC=1時(shí)表示電池完全充滿(mǎn)。電池管理系統(BMS)就是主要通過(guò)管理SOC并進(jìn)行估算來(lái)保證電池高效的工作,所以它是電池管理的核心。

目前SOC估算主要有開(kāi)路電壓法、安時(shí)計量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、卡爾曼濾波法等,我們以后再詳細解讀。

內阻

內阻是指電池在工作時(shí),電流流過(guò)電池內部受到的阻力。包括歐姆內阻和極化內阻,其中:歐姆內阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻;極化內阻包括電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻。

用數據說(shuō)話(huà),下圖表示一電池放電曲線(xiàn),X軸表示放電量,Y軸表示電池開(kāi)路電壓,電池理想放電狀態(tài)為黑色曲線(xiàn),紅色曲線(xiàn)是考慮到電池內阻時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。

自放電

電池自放電,是指在開(kāi)路靜置過(guò)程中電壓下降的現象,又稱(chēng)電池的荷電保持能力。

一般而言,電池自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。自放電按照容量損失后是否可逆劃分為兩種:容量損失可逆,指經(jīng)過(guò)再次充電過(guò)程容量可以恢復;容量損失不可逆,表示容量不能恢復。

目前對電池自放電原因研究理論比較多,總結起來(lái)分為物理原因(存儲環(huán)境,制造工藝,材料等)以及化學(xué)原因(電極在電解液中的不穩定性,內部發(fā)生化學(xué)反應,活性物質(zhì)被消耗等),電池自放電將直接降低電池的容量和儲存性能。

壽命

電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)參數。循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次數。即在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進(jìn)行充放電,計算電池容量衰減到80%時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數。

日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下,經(jīng)過(guò)特定的使用工況,達到壽命終止條件(容量衰減到80%)的時(shí)間跨度。日歷壽命與具體的使用要求緊密結合的,通常需要規定具體的使用工況,環(huán)境條件,存儲間隔等。

循環(huán)壽命是一個(gè)理論上的參數,而日歷壽命更具有實(shí)際意義。但日歷壽命的測算復雜,耗時(shí)長(cháng),所以一般電池廠(chǎng)家只給出循環(huán)壽命的數據。

電池組的一致性

這個(gè)參數比較有意思,即使是同一規格型號的電池單體在成組后,電池組在電壓、容量、內阻、壽命等性能有很大的差別,在電動(dòng)汽車(chē)上使用時(shí),性能指標往往達不到單體電池的原有水平。

化成

我們說(shuō)說(shuō)后一個(gè)參數,這個(gè)參數主要和電池的制造工藝有關(guān)。

電池制成后,需要對電芯進(jìn)行小電流充電,將其內部正負極物質(zhì)激活,在負極表面形成一層鈍化層——SEI(solidelectrolyteinterface)膜,使電池性能更加穩定,電池經(jīng)過(guò)化成后才能體現其真實(shí)的性能,這一過(guò)程稱(chēng)為化成。

化成過(guò)程中的分選過(guò)程能夠提高電池組的一致性,使終電池組的性能提高,化成容量是篩選合格電池的重要指標。下圖為SEI膜,像不像黑色的玫瑰花。

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