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          新能源電動汽車電池基本參數

          • 瀏覽次數:46472次
          • 發布時間:2017/11/3 17:09:31
          • 作者:ly_yinhe

            新能源電動汽車電池是電動汽車的重要部件,在產品研發和檢驗檢測中需要對很多關鍵指標進行考核。下面本文就對電動汽車電池端電電動勢、容量、內阻等基本參數進行詳細介紹。

          電動汽車電池端電壓和電動勢

           

          電動汽車電池充放電曲線

          圖示:電動汽車電池充放電曲線

            端電壓:動力電池正極和負極之間的電位差。動力電池在沒有負載情況下的端電壓叫開路電壓。動力電池接上負載后處于放電狀態,此時電池電壓稱為負載電壓,又稱為工作電壓。電池充放電結束時的電壓稱為終止電壓,分為充電終止電壓和放電終止電壓。圖示為電池的充放電曲線,由圖可知電池充放電結束時都有一個電壓極限值,充電時的電壓極限值就是充電終止電壓;放電時的電壓極限值就是放電終止電壓。

            電動勢(E):電池上兩個電極的平衡電極電立之差。

          電動汽車電池容量

            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。數學式表達為:

          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準,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。

          電動汽車電池內阻

            電流通過電池內部時受到阻力,使電池的工作電壓降低,該阻力稱為電池內阻。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為重要的參數。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為突出,放電電流和溫度對其影響很大。

          電動汽車電池能量與能量密度

            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。電池的能量分為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:能量密度是指單位質量或單位體積的電池所能輸出的能量,相應地稱為質量能量密度(W·h/kg)或體積能量密度(W·h/L),也稱為質量比能量或體積比能量。在電動車應用方面,電池的質量比能量影響電動汽車的整車質量和續駛里程,而體積比能量影響到電池的布置空間。

          電動汽車電池功率與功率密度

            電動汽車電池功率是指在一定的放電制度下,單位時間內電池輸出的能量,單位為W或kW。

            電動汽車電池功率密度又稱比功率,是單位質量或單位體積電池輸出的功率,單位為W/kg或W/L。比功率是評價電池及電池包是否滿足電動汽車加速和爬坡能力的重要指標。

          電動汽車電池荷電狀態

            荷電狀態( State of Charge,SOC)描述了電池的剩余電量,其值為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。荷電狀態值是個相對量,一般用百分比的方式來表示,SOC的取值為:0≤SOC≤100%。

          電動汽車電池放電深度

            放電深度(Depth of Discharge,DOD)是放電容量與額定容量之比的百分數,與SOC之間存在如下數學計算關系:

          g

          電動汽車電池循環使用壽命

            循環使用壽命是指以電動車電池充電和放電一次為一個循環,按一定測試標準,當電池容量降到某一規定值(一般規定為額定值的80%)以前,電池經歷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。

          電動汽車電池自放電率

            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。

          電動汽車電池輸出效率

            電池實際上是一個能量存儲器,充電時把電能轉變為化學能儲存起來,放電時再把化學能轉變為電能釋放出來,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。

            電池的容量效率指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之比,電池的能量效率指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比。通常,電池的能量效率為55%~85%,容量效率為65%~95%。對電動汽車而言,能量效率是比容量效率更重要的一個評價指標。

          十一電動汽車電池抗濫用能力

            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。

          十二電動汽車電池成本

            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、高比功率電池,如鋰離子電池,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。

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

          十三電動汽車電池放電制度

            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。

           ?、俜烹婋娏鳎悍烹婋娏魇侵鸽姵胤烹姇r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為額定容量,n為一定的放電電流。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。若電池的容量為15A·h,那么放電電流應為3×15=45(A)。

           ?、诜烹娊K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為終止電壓,其值與電池材料直接相關,并受到電池結構、放電率、環境溫度等多種因素影響。


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