锂电池性能各参数解析
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锂电池性能各参数解析

锂电池性能各参数解析
发布时间:2018-10-10
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关键词:锂电池性能参数
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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)

能够容纳或释放的电荷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)。

比如车内蓄电池标注16Ah,那么在工作时电流为1A的时候,理论上可以使用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)。

能量密度(Wh/L&Wh/kg)

单位体积或单位质量电池释放的能量。

如果是单位体积,即体积能量密度(Wh/L),很多地方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。

根据16年发布的“节能与新能源汽车技术路线图”,我们可以大概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满足电动汽车加速性能的重要指标。

电池放电倍率(C)

放电倍率是指在规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,决定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剩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时表示电池完全充满。电池管理系统(BMS)就是主要通过管理SOC并进行估算来保证电池高效的工作,所以它是电池管理的核心。

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。包括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。

用数据说话,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,红色曲线是考虑到电池内阻时的真实状态。

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,又称电池的荷电保持能力。

一般而言,电池自放电主要受制造工艺、材料、储存条件的影响。自放电按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,材料等)以及化学原因(电极在电解液中的不稳定性,内部发生化学反应,活性物质被消耗等),电池自放电将直接降低电池的容量和储存性能。

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,计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。

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。日历寿命与具体的使用要求紧密结合的,通常需要规定具体的使用工况,环境条件,存储间隔等。

循环寿命是一个理论上的参数,而日历寿命更具有实际意义。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。

电池组的一致性

这个参数比较有意思,即使是同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别,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水平。

化成

我们说说后一个参数,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,电池经过化成后才能体现其真实的性能,这一过程称为化成。

化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性,使终电池组的性能提高,化成容量是筛选合格电池的重要指标。下图为SEI膜,像不像黑色的玫瑰花。

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