動力電池的主要性能指標有哪些
動力電池的主要性能指標有:
(1)電壓
①電動勢。電池正極和負極之間的電位差,通常用符號E表示。
②開路電壓。電池在開路時的端電壓,一般開路電壓與電池的電動勢近似相等。
③額定電壓。電池在標準規定條件下工作時應達到的電壓。
④工作電壓(負載電壓、放電電壓)。在電池兩端接上負載后,在放電過程中顯示出的電壓。
⑤終止電壓。電池在一定標準所規定的放電條件下放電時,電池的電壓將逐漸降低,當電池不宜繼續放電時,電池的最低工作電壓稱為終止電壓。
放電條件也稱為放電制度,即電池放電時規定的各種條件,主要包括放電電流、終止電壓和溫度等。放電曲線是指在一定的放電條件下連續放電時,電池的工作電壓隨時間的變化曲線,如圖1-19所示。在曲線圖上可以表征出電池放電過程的變化情況,同時也可通過放電曲線計算出放電時間和放電容量等。放電時率小者
(放電電流大),其工作電壓下降速度快,終止電壓低,放電時間短,影響電池的實際使用效果。
工作電壓下降速度慢,往往能輸出較多的能量。工作電壓的變化速度有時也稱作“放電曲線的平穩度"
(2)電池容量
電池在一定放電條件下所能放出的電量稱為電池容量,以C表示,其單位常用A-h或mA-h來表示。電池的容量參數有以下幾種。
1理論容量。根據蓄電池活性物質的特性,按法拉第定律計算出的最高理論值,一般用質量容量A-h/kg或體積容量A-h/L來表示。
說明:這里所說法拉第定律指的是法拉第第-定律,即在電極界面上發生化學變化物質的質量與通入的電量成正比。
2實際容量。在一定條件下所能輸出的電量,等于放電電流與放電時間的乘積。
3標稱容量(公稱容量)。用來鑒別電池容量的適當的近似值,由于沒有指定放電條件,因此,只標明電池的容量范圍而沒有確切值。
4額定容量(保證容量)。按一定標準所規定的放電條件,電池應該放出的最低限度的容量。
5荷電狀態(SOC)。荷電狀態(SOC)是指電池容量的變化情況,是電池在一定放電條件下,剩余電量與相同條件下額定容量的比值。
SOC=1即表示電池為充滿狀態。隨著蓄電池放電,蓄電池的電荷逐漸減少,此時可以用SOC的百分數的相對量來表示蓄電池中電荷的變化狀態。一般蓄電池放電高效率區為50%~80%SOC。對SOC精確的實時辨識,是電池管理系統的一個關鍵技術。
6放電深度(DOD)。放電容量與額定容量的百分比,與SOC之間存在如下關系:DOD=1-SOC
放電深度的高低對二次電池的使用壽命有很大影響,一般情況下,二次電池常用的放電深度越深,其使用壽命就越短,因此在電池使用過程中應盡量避免二次電池深度放電。
(3)功率
在一定的放電條件下,電池在單位時間內所輸出的能量稱為電池的功率(單位:W、kW)。電池的功率決定電動汽車的加速性能。
電池的功率常用比功率和功率密度來表示。
①比功率(W/kg)。指單位質量電池所能發出的電功率。
②功率密度(W/L)。指單位體積電池所能發出的電功率。
(4)能量
電池在一定放電條件下所能釋放出的能量稱為電池的能量(單位:W-h、kW-h)。
電池的能量決定電動汽車的行駛距離。蓄電池能量具體有以下指標:
①標稱能量。在標準規定放電條件下,電池能夠輸出的能量。電池的標稱能量是電池的額定容量與額定電壓的乘積。
②實際能量。在一定條件下電池所能輸出的能量。電池的實際能量是電池的實際容量與平均工作電壓的乘積。
③比能量(W-h/kg)。指單位質量電池所能輸出的能量。電池的質量包括電池本身結構件質量和電解質質量的總和。
④能量密度(W-h/L)。指單位體積電池所能輸出的能量。
動力電池在電動汽車的應用過程中,由于電池組安裝需要配備電池箱、連接線、電流電壓保護裝置等元器件,因此,實際的電池組比能量比單體電池比能量低20%以上。
(5)內阻
電流通過電池內部時受到阻力,使電池的電壓降低,此阻力稱為電池的內阻。由于電池的內阻作用,使得電池在放電時端電壓低于電動勢和開路電壓。在充電時的端電壓高于電動勢和開路電壓。
(6)壽命
蓄電池的工作是一個不斷充電→放電的循環過程。按一定的標準規定放電,當電池的容量降低到某一個規定值以前,就要停止繼續放電,然后就需要充電才能繼續使用。在每一個循環中,電池中的化學活性物質,要發生次可逆的化學反應。隨著充電和放電次數的增加,電池中的化學活性物質會發生老化變質,逐漸削弱其化學功能,使得電池的充電和放電的效率逐漸降低,最后電池喪失全部功能而報廢。
電池的壽命即從開始使用到報廢所經歷的時間,常用循環次數和使用年限來表示。
①循環次數。從蓄電池開始第一次充電到報廢時所經歷的充/放電次數稱為循環次數,也稱為循環壽命。蓄電池的循環次數與電池的充電和放電的形式、電池的溫度和放電深度有關,放電深度淺時,有利于延長電池的壽命。
特別是電池在電動汽車上的使用環境,包括電池組中各個電池的均衡性、安裝方式、固定方式、所受的振動和線路的安裝等,都會影響電池的工作循環次數。
使用年限。從蓄電池開始使用到報廢所經歷的年數。
(7)放電率(放電速率)
電池放電的快慢稱為放電率。放電率有時率和倍率兩種表示方法。
①時率(也稱小時率)。電池以某種電流強度放電直到電池的電壓降低到終止電壓時,所經過的放電時間。
②倍率。電池以某種強度放電時的電流值與額定容量電流值的比值(倍數)。
當放電電流大于或等于額定容量電流值時,該放電電流值用倍率表示;若放電電流小于額定容量電流值時,該放電電流值用時率表示。蓄電池的額定容量常用“C"來表示,放電率用在C前加系數表示。例如:2倍率,即2C,其放電電流值為額定容量電流值的兩倍,額定容量約半小時放完;2小時率,即0.5C,其放電電流值為額定容量電流值的1/2,而額定容量約2h放完電。
(8)自放電率
自放電率指電池在存放時間內,在沒有負載的條件下自身放電,使得電池容量損失的速度。自放電率用單位時間(月或年)內電池容量下降的百分數來表示。
(9)成本
電池的成本與電池的技術含量、材料、制作方法和生產規模有關,目前新開發的高比能量的電池成本較高,使得電動汽車的造價也較高,開發和研制高效、低成本的電池是電動汽車發展的關鍵。
除上述主要性能指標外,還要求電池無毒性,對周圍環境不會造成污染或腐蝕,使用安全,有良好的充電性能和充電操作方便,耐振動,無記憶性,對環境溫度變化不敏感,易于調整和維護等。
說明:電池記憶效應是指電池長期不徹底充電、放電,易在電池內留下痕跡,即電池對日常的充、放電幅度形成記憶,時間久了就很難改變這種模式,不能再做大幅度充電或放電,從而使電池的容量降低的現象。
目前電池技術的瓶頸在于如何造出容量大(滿電可以連續行駛400km以上)、體積小、質量小、價格低的電池,以及如何實現快速充電。
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