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新能源電動汽車電池基本參數

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  • 发布时间:2017/11/3 17:09:31
  • 作者:ly_yinhe

  新能源電動汽車电池是電動汽車的重要部件,在产品研发和检验检测中需要对很多关键指标进行考核。下面本文就对電動汽車电池端电电动势、容量、内阻等基本参数进行详细介绍。

電動汽車电池端电压和电动势

 

電動汽車电池充放电曲线

图示:電動汽車电池充放电曲线

  端電壓:動力電池正极和负极之间的电位差。動力電池在没有负载情况下的端电压叫开路电压。動力電池接上负载后处于放电状态,此时电池电压称为负载电压,又称为工作电压。电池充放电结束时的电压称为终止电压,分为充电终止电压和放电终止电压。图示为电池的充放电曲线,由图可知电池充放电结束时都有一个电压极限值,充电时的电压极限值就是充电终止电压;放电时的电压极限值就是放电终止电压。

  電動勢(E):電池上兩個電極的平衡電極電立之差。

電動汽車电池容量

  容量是指電池在一定的放電條件下所能放出的電量,用符號C表示,單位常用A·h或mA·h表示。

  理論容量:假定電池中的活性物質全部參加電池的成流反應所能提供的電量。理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量,按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。

  法拉第定律:電流通過電解質溶液時,在電極上發生化學反應的物質的質量與通過的電量成正比。數學式表達爲:

b

  式中:

  Q一一電極反應中通過的電量(A*h);

  z一一在電極反應式中的電子計量系數;

  m一一發生反應的活性物質的質量(g);

  M一一活性物質的摩爾質量(g/mol);

  F——法拉第常數,約96500g/mol或26.8A*h。

  理論容量是電池容量的最大極限值,電池實際放出的容量只是理論容量的一部分。

  額定容量:也叫標稱容量,是指按國家或有關部門規定的標准,保證電池在一定的放電條件(如溫度、放電率、終止電壓等)下應該放出的最低限度的容量。額定容量是制造廠標明的安時容量,是電池的一個重要參數。

  實際容量(C):在實際應用工作情況下放電,電池實際放出的電量。充滿電的電池在一定條件下所能輸出的電量,它等于放電電流與放電時間的積分。實際容量的計算方法如下:

  恒電流放電時:

c

  變電流放電時:

d

  式中:

  I——放電電流,是放電時間t的函數;

  T——放電至終止電壓的時間。

  電池的實際容量除與其本身的結構與制造工藝有關外,主要受其放電制度的影響。

電動汽車电池内阻

  電流通過電池內部時受到阻力,使電池的工作電壓降低,該阻力稱爲電池內阻。由于電池內阻的作用,電池放電時的端電壓低于電動勢和開路電壓,充電時充電的端電壓高于電動勢和開路電壓。電池內阻是化學電源一個極爲重要的參數。它直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出能量與功率等,對于一個實用的化學電源,其內阻越小越好。

  電池內阻不是常數,在放電過程中隨著活性物質組成、電解液濃度和電池溫度的變化以及放電時間而變化。電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻兩部分。

  歐姆內阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內阻及各部分零件的接觸電阻組成。

  極化內阻是指化學電源的正極與負極在電化學反應進行時由于極化所引起的內阻。它是電化學極化和濃差極化所引起的電阻之和。極化內阻與活性物質的本性、電極的結構、電池的制造工藝、電池工作條件有關,電池工作條件對電池內阻的影響尤爲突出,放電電流和溫度對其影響很大。

電動汽車电池能量与能量密度

  能量是指電池在一定放電制度下所能釋放出的電能,單位常用W·h或kW·h表示。電池的能量分爲理論能量和實際能量。

  理論能量(W):電池的理論容量與其電動勢的乘積,即

e

  實際能量(W):電池放電時實際輸出的能量,它在數值上等于電池實際放電電壓、放電電流與放電時間的積分,即

f

  一般用電池組額定容量與電池放電平均電壓的乘積來估算。

  能量密度:能量密度是指单位质量或单位体积的电池所能输出的能量,相应地称为质量能量密度(W·h/kg)或体积能量密度(W·h/L),也称为质量比能量或体积比能量。在电动车应用方面,电池的质量比能量影响電動汽車的整车质量和续驶里程,而体积比能量影响到电池的布置空间。

電動汽車电池功率与功率密度

  電動汽車电池功率是指在一定的放电制度下,单位时间内电池输出的能量,单位为W或kW。

  電動汽車电池功率密度又称比功率,是单位质量或单位体积电池输出的功率,单位为W/kg或W/L。比功率是评价电池及电池包是否满足電動汽車加速和爬坡能力的重要指标。

電動汽車电池荷电状态

  荷电状态( State of Charge,SOC)描述了电池的剩余电量,其值为电池在一定放电倍率下,剩余电量与相同条件下额定容量的比值。荷电状态值是个相对量,一般用百分比的方式来表示,SOC的取值为:0≤SOC≤100%。

電動汽車电池放电深度

  放电深度(Depth of Discharge,DOD)是放电容量与额定容量之比的百分数,与SOC之间存在如下数学计算关系:

g

電動汽車电池循环使用寿命

  循環使用壽命是指以電動車電池充電和放電一次爲一個循環,按一定測試標准,當電池容量降到某一規定值(一般規定爲額定值的80%)以前,電池經曆的充放電循環總次數。循環使用壽命是評價電池壽命性能的一項重要指標。

電動汽車电池自放电率

  自放電率是指電池在存放時間內,在沒有負荷的條件下自身放電,使得電池的容量損失的速度,用單位時間(月或年)內電池容量下降的百分數來表示。

電動汽車电池输出效率

  電池實際上是一個能量存儲器,充電時把電能轉變爲化學能儲存起來,放電時再把化學能轉變爲電能釋放出來,供用電裝置使用。電池的輸出效率通常用容量效率和能量效率來表示。

  电池的容量效率指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比,电池的能量效率指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。通常,电池的能量效率为55%~85%,容量效率为65%~95%。对電動汽車而言,能量效率是比容量效率更重要的一个评价指标。

十一電動汽車电池抗滥用能力

  抗濫用能力指電池對短路、過充電、過放電、機械振動、撞擊、擠壓以及遭受高溫和著火等非正常使用情況的容忍程度。

十二電動汽車电池成本

  电池的成本与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关,目前新开发的高比能量、高比功率电池,如锂离子电池,成本较高,使得電動汽車的造价也较高。开发和研制高效、低成本的电池是電動汽車发展的关键。

  電池成本一般以電池單位容量或能量的成本進行表示,單位爲元/(A·h)或元/(kW·h)。對于不同類型或同類型不同生産廠家、不同型號的電池可以進行比較。

十三電動汽車电池放电制度

  新能源汽車電池放電制度是電池放電時所規定的各種條件,主要包括放電速率(電流)、終止電壓和溫度等。

  ①放電電流:放電電流是指電池放電時電流的大小。放電電流的大小直接影響電池的各項性能指標,因此,介紹電池的容量或能量時,必須說明放電電流的大小,指出放電的條件。放電電流通常用放電率表示,放電率是指電池放電時的速率,有時率或倍率兩種表示形式。

  時率是以放電時間(h)表示的放電速率,即以一定的放電電流放完額定容量所需的時間(h),常用C/n來表示,其中,C爲額定容量,n爲一定的放電電流。放電率所表示的時間越短,所用的放電電流越大;放電率所表示的時間越長,所用的放電電流越小。

  倍率實際上是指電池在規定的時間內放出其額定容量所輸出的電流值。它在數值上等于額定容量的倍數。例如,3倍率(3C)放電,其表示放電電流的數值是額定容量數值的3倍。若電池的容量爲15A·h,那麽放電電流應爲3×15=45(A)。

  ②放電終止電壓:電池放電時,電壓下降到不宜再繼續放電的最低工作電壓稱爲終止電壓,其值與電池材料直接相關,並受到電池結構、放電率、環境溫度等多種因素影響。


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