有哪些动力电池的主要技术参数?
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)。
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自己的充电宝标识,特意搜索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。
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。
比能量和比功率究竟有什么区别?
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,可以提供很高的瞬间电流,保证汽车加速性能好;
下面的参数稍微有点绕口…
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。
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,电池的实际容量会降低。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。通常电池内阻的测量方法有交流和直流测试法。
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