動(dòng)力電池主要性能參數(shù)

上文我們說了純電動(dòng)汽車的組成，其中有聊到目前電動(dòng)汽車受限的一個(gè)關(guān)鍵因素是動(dòng)力電池，它關(guān)于到電動(dòng)汽車的性能，同時(shí)又限制了外被配套設(shè)備，如前面我們提到的充電樁的大小，其中限制的因素之一就有動(dòng)力電池。今天我們就來聊一聊動(dòng)力電池的主要參數(shù) ......

動(dòng)力電池主要以化學(xué)電池為主，也就是利用化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池。可以分為原電池、蓄電池以及燃料電池。物理電池一般用作輔助電源，比如超級(jí)電容。

動(dòng)力電池，作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，其主要性能指標(biāo)主要有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、使用壽命等等。

01 電壓

電池電壓主要有端電壓、額定電壓、開路電壓、工作電壓、充電終止電壓和放電終止電壓等。

①端電壓：電池正極和負(fù)極之間的電位差；

②額定電壓：電池在標(biāo)準(zhǔn)特定條件下工作時(shí)能夠達(dá)到的電壓。標(biāo)稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液濃度來決定的；

鉛酸蓄電池額定電壓為 2V；金屬氫化物鎳蓄電池為 1.2V；磷酸鐵鋰電池為 3.2V；錳酸鋰電池為 3.7V；

③開路電壓：即電池沒有負(fù)載情況下的端電壓；

④工作電壓：也稱負(fù)載電壓，指電池接通負(fù)載后處于放電狀態(tài)下的端電壓；

⑤充電種植電壓：蓄電池充足電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，電池的電壓也不會(huì)再上升，此時(shí)的電壓稱作充電終止電壓；鉛酸蓄電池的充電終止電壓為 2.7V 左右；金屬氫化物鎳蓄電池為 1.5V；鋰離子電池為 4.25V；

⑥放電終止電壓：指電池再一定條件下放電時(shí)，電池電壓逐漸下降，當(dāng)電池不宜再繼續(xù)放電時(shí)，此時(shí)的最低工作電壓我們成為放電終止電壓；

如果電池低于放電終止電壓后仍繼續(xù)放電，電池兩端的電壓會(huì)迅速下降，形成深度放電，這樣極板上形成的生成物在正常充電時(shí)就不容易再恢復(fù)，從而影響電池的壽命。

放電充值電壓和放電率有關(guān)，放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大，電池的容量越小。

02 容量

容量指的是完全充電的蓄電池在規(guī)定條件下所釋放的總能量，單位是 A·h 或者 kA·h。等于放電電流和放電時(shí)間的乘積。單元電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定了單元電池含有的電荷量，而活性物質(zhì)的含量則由電池使用的材料和體積決定；通常體積越大，容量越大。

電池的容量可以分為額定容量、n 小時(shí)率容量、理論容量、荷電狀態(tài)等。

①額定容量：指的是在室溫下完全充電的蓄電池以特定電流放電，達(dá)到終止電壓時(shí)所放出的電量；

②n 小時(shí)率容量：指完全充電狀態(tài)下的蓄電池以 n 小時(shí)率放電電流放電，達(dá)到規(guī)定終止電壓時(shí)所釋放的電量；

③理論容量：指把活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉第定律計(jì)算所得到的最大理論值。為了比較不同類型的電池，我們常用比容量來比較，單位體積或者單位質(zhì)量的電池所能釋放出的理論電量，單位是 A·h/kg 或者 kA·h/kg；

④實(shí)際容量：也指可用容量，指蓄電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流和放電時(shí)間的乘積，它是小于理論容量的。實(shí)際容量反映了蓄電池實(shí)際存儲(chǔ)電量的大小，容量越大，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程越遠(yuǎn)。在使用過程中，電池的實(shí)際容量會(huì)逐步衰減。

⑤荷電狀態(tài)(SOC)：指蓄電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值，反應(yīng)了蓄電池容量變化的特性。SOC=1 時(shí)，即表示蓄電池為充滿狀態(tài)。隨著蓄電池的放電，蓄電池的電荷逐漸減少，此時(shí)蓄電池的充電狀態(tài)可以用 SOC 值的百分比來表示電池中電荷的變化狀態(tài)。一般蓄電池放電高效區(qū)為 50%~80%SOC。對(duì)蓄電池 SOC 值得估算已成為電池管理的重要環(huán)節(jié)。

03 內(nèi)阻

電池的內(nèi)阻指的是電流流過電池內(nèi)部時(shí)所受到的阻力，一般是蓄電池 中電解質(zhì)、正負(fù)極群、隔板等電阻的總和。電池內(nèi)阻越大，電池自身消耗掉的能量越多，電池的使用效率越低。內(nèi)阻很大的電池在充電時(shí)發(fā)熱會(huì)很嚴(yán)重，使電池的溫度急劇上升，對(duì)電池和充電機(jī)的影響都很大。隨著電池使用次數(shù)的增加，由于電解液的消耗及電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，蓄電池的內(nèi)阻會(huì)有不同程度的升高。

04 能量

指在一定放電條件下，電池所能輸出的電能，單位為 W·h 或者 kW·h，它影響電動(dòng)汽車的續(xù)航里程?？梢苑譃榭偰芰俊⒗碚撃芰?、實(shí)際能量、比能量、能量密度、充電能量和放電能量等。

①總能量：指蓄電池在其壽命周期內(nèi)電能輸出的總和；

②理論能量：是電池的理論容量與額定電壓的乘積，指一定放電條件下，電池所輸出的能量；

③實(shí)際能量：是電池實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積，表示在一定條件下電池所能輸出的能量；

④比能量：也稱質(zhì)量比能量，指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位為 W·h/kg。上面說到，它常用來比較不同的電池系統(tǒng)；

⑤能量密度：也稱體積比能量，指電池單位體積所能輸出的電能，單位為 W·h/L；

⑥充電能量：指通過充電機(jī)輸入蓄電池的能量；

⑦放電能量：指蓄電池放電時(shí)輸出的電能；

05 功率

電池的功率指電池在一定放電條件下，單位時(shí)間內(nèi)所能輸出能量的大小，單位 W 或者 kW。電池的功率決定了電動(dòng)汽車的加速性能和爬坡能力。

①比功率：單位質(zhì)量電池所能輸出的功率稱為比功率，也可以叫作質(zhì)量比功率，單位 W/kg 或者 kW/kg；

②功率密度：從蓄電池的單位質(zhì)量或者單位體積所獲取的輸出功率稱為功率密度，單位 W/kg 或者 W/L。從蓄電池的單位質(zhì)量所獲取的輸出功率稱為質(zhì)量功率密度；從蓄電池的單位體積電池所獲取的輸出功率稱為體積功率密度；

06 輸出效率

動(dòng)力電池作為能量存儲(chǔ)單元，充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)起來，放電時(shí)把電能釋放出來。在這個(gè)可你的電化學(xué)轉(zhuǎn)換過程中，有一定的能量損耗。通常用電池的容量效率和能量效率來表示。

①容量效率：指電池放電時(shí)輸出的容量與充電時(shí)輸入的能量之比，即

?

式中，ηc 為電池的容量效率；Co 是電池放電時(shí)輸出的容量，A·h；Ci 為電池充電時(shí)輸入的容量，A·h。

影響電池容量效率的主要因素時(shí)副反應(yīng)，當(dāng)電池充電時(shí)，有一部分電量消耗在水的分解上，此外，自放電以及電極活性物質(zhì)的脫落、結(jié)塊、孔率收縮等也降低容量輸出。

②能量效率：也稱電能效率，是指電池放電時(shí)輸出的能量和充電時(shí)輸入的能量之比，即

?

式中，ηE 是電池的能量效率；Eo 是電池放電時(shí)輸出的能量，W·h；Ei 是電池充電時(shí)輸入的能量，W·h。

影響能量效率的原因是電池存在內(nèi)阻，它使得 電池充電電壓增加，放電電壓下降，內(nèi)阻的能量損耗以電池發(fā)熱的形式損耗掉。

07 自放電率

自放電率是指電池在存放器件容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度，表示蓄電池?cái)R置后容量變化的特性。自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分比表示，其表達(dá)式如下：

?

式中，ηΔc 是電池自放電率；Ca 是電池存儲(chǔ)前的容量，A·h;Cb 是電池存儲(chǔ)后的容量，A·h；Tt 是電池存儲(chǔ)時(shí)間，一般以天為單位。

08 放電倍率

電池放電電流的大小常用放電倍率來表示，也就是用放電時(shí)間表示或者以一定放電電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)來表示?？梢姡烹姇r(shí)間越短即放電倍率越大，放電電流越大。

放電倍率等于額定容量和放電電流之比。根據(jù)放電倍率的大小，可分為低倍率(＜0.5C)、中倍率(0.5~3.5C)、高倍率(3.5~7C)和超高倍率(＞7C)。

09 使用壽命

使用壽命指電池在規(guī)定條件下的有效壽命，包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池可供使用的時(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。使用周期是指電池可供重復(fù)使用的次數(shù)，也稱循環(huán)壽命。

以上便是有關(guān)動(dòng)力電池的主要性能指標(biāo)，當(dāng)然成本也是一個(gè)重要指標(biāo)。