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剖析动力电池概念及原理

2020-05-22 16:00:01 电池世界   浏览次数:33

一、若干重要概念


1、电压(V)


①开路电压:指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有必定的联络,电量显示便是运用这个原理。


②作业电压:是指电池在作业状况下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差,又称负载电压。在电池放电作业状况下,当电流流过电池内部时,有必要克服内阻的阻力,故作业电压总是低于开路电压。


③放电截止电压:指电池充溢电后进行放电,放完电时达到的电压(若继续放电则为过度放电,对电池的寿数和功能有损伤)。


④充电约束电压:充电进程中由恒流变为恒压充电的电压。


2、电池容量(Ah)


①界说:电池容量是指电池所可以储存的电量多少,容量是电池电功能的重要目标,它由电极的活性物质决议。


②单位:容量用C表明,单位用Ah(安时)或mAh(毫安时)表明。


③公式:C=It,即电池容量(Ah)=电流(A)x放电时刻(h)。


④举例:容量为10安时的电池,以5安培放电可放2小时,以10安培放电可放1小时。


⑤影响要素:电池的实际容量首要取决于以下几个要素:活性物质的数量、质量,活性物质的运用率。


⑥额外容量:在规则条件下测得的,由制作商给定的蓄电池容量


⑦可用容量:在规则条件下,从彻底充电的蓄电池中释放的电量。


⑧理论容量:假设活性物质彻底被运用,蓄电池可释放的容量。


3、电池能量(Wh)


①界说:指电池储存的能量的多少,用Wh来表明


②公式:能量(Wh)=额外电压(V)×作业电流(A)×作业时刻(h)。


③举例:3.2V15Ah单体电芯的能量为48Wh,3.2V100Ah电池组的能量为320Wh。


电池能量是衡量电池带动设备做功的重要目标,容量不能决议做功的多少。


4、能量密度(Wh/Kg)


①界说:指单位体积或单位质量所释放的能量,一般用体积能量密度(Wh/L)或质量能量密度(Wh/kg)表明。


②举例:如一节锂电池重325g,额外电压为3.7V,容量为10Ah,则其能量密度为113Wh/kg,下表为理论值,在实际运用状况中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面要素。


目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍,能量密度的凹凸是由资料密度与结构决议的。


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5、功率与功率密度


①功率是指在必定的放电制度下,单位时刻内电池输出的能量,单位为W或kW。


②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。


比功率是点评电池及电池包是否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要目标。


6、放电倍率(A)


①界说:放电倍率是指在规则时刻内放出其额外容量(C)时所需要的电流值,它在数值上等于电池额外容量的倍数。


②举例:以10Ah电池举例,以2A放电,则放电倍率为0.2C,以20A放电,则放电倍率为2C。


7、充电办法


①CC/CV:CC即恒流,以固定的电流对电池充电;CV即恒压,以固定的电压对电池充电,充电电流会跟着电池充溢逐步下降。


②涓流充电:指以小于0.1C电流对电池充电,一般在电池挨近充溢电时,迚行弥补充电时采用,若电池对充电时刻没有严格要求的话,建议采用涓流充电办法充电。


③浮充电:随时对蓄电池用恒压充电,使其保持必定的荷电状况。


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8、充、放电深度(SOCDOD):电池保有容量数值的表明办法。


①荷电状况state-of-ge(SOC):蓄电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比。


②放电深度depthofdisge(DOD):表明蓄电池放电状况的参数,等于实际放电容量与额外容量的百分比。


③深度放电deepdisge:表明蓄电50%或更大的容量被释放的程度。


④举例:充、放电深度以百分比率来表明,如:容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah,可以称为80%DOD;容量为10Ah的电池,充电后容量为8Ah,80%SOC。形容满充溢放,一般称为100%DOD。


9、内阻(m?)


①界说:电池的内阻是指电池在作业时,电流流过电池内部受到的阻力。内阻巨细首要受电池的资料、制作工艺、电池结构等要素的影响。


②分类:电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,欧姆内阻是由电极资料、电解液、隔阂电阻及各部分零件的触摸电阻组成,极化内阻包括电化学极化与浓差极化引起的电阻。


③影响要素:电池内阻是一个非常复杂而又非常重要的特性,影响内阻的要素有资料、结构等。


④发作成果:因为内阻的存在,当电池放电时,电流通过内阻要发作热量,耗费能量,电流越大,耗费能量越多,所以内阻越小,电池的功能越好,不只电池的实际作业电压高,耗费在内阻上的能量也少。


10、自放电率(%/月)


①界说:电池在储存进程中,容量会逐步下降,其削减的容量与电池容量的份额,称为自放电率。


②原因:因为电极在电解液中的不稳定性,电池的两个电极发作了化学反应,活性物质被耗费,转为电能的化学能削减,电池容量下降。


③影响要素:环境温度对其影响较大,过高温度会加速电池的自放电


④表明:电池容量衰减(自放电率)的表达办法和单位为:%/月。


⑤发作成果:电池自放电将直接降低电池的容量,自放电率直接影响电池的储存功能,自放电率越低,储存功能越好。


11、循环寿数(次)


①界说:二次电池阅历一次充放电称为一个周期或一次循环,电池在重复充放电后,容量会逐步下降,在必定的放电条件下,电池容量降至80%时,电池所经受的循环次数便是循环寿数。


②影响要素:不正确运用电池,电池资料,电解质的组成和浓度,充放电倍率,放电深度(DOD%),温度,制作工艺等都对电池的循环寿数有影响。


12、回忆效应


①界说:电池的回忆效应是指未彻底放电的电池,鄙人一次充电时所能充电的百分比。


②原因:电池内物质发作结晶,如镍镉电池中,Cd不断集合成团构成大块金属镉,降低了负极的活性。


③防止:为了消除电池的回忆效应,在充电之前,有必要先彻底放电,然后再充电。


锂离子电池无回忆效应。


13、放电平台


指放电曲线中电压根本保持水平的部分。放电平台越高、越长、越平稳,电池的放电功能越好。


14、电池组的一致性


由多个单体电芯串连、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体功能和寿数取决于其间功能较差的一个电芯,这就要求电池组中每个电芯功能的一致性要高。除了单体电芯本身功能的差错和原资料质量的好坏,最首要原因是制作工艺,工艺的改进对进步电池的质量非常重要。


15、化成


电池制成后,通过必定的充放电办法将其内部正负极活性物质激活,改进电池的充放电功能及自放电、储存等综合功能的进程称为化成。电池通过化成后才干体现其真实的功能。一起化成进程中的分选进程可以进步电池组的一致性,使终究电池组的功能进步。


二、锂电池结构与原理解读


1、锂电池根本结构


首要资料:正极、负极、电解液、隔阂


结构:圆形、方形;叠片、卷绕


形态:聚合物(软包装)、液态锂离子(钢壳)


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2、锂电池作业原理


正极资料:LiMn2O4,负极资料:石墨


充电时正极的Li+和电解液中的Li+向负极集合,得到电子,被还原成Li镶嵌在负极的碳素资猜中。放电时镶嵌在负极碳素资猜中的Li失掉电子,进入电解液,电解液内的Li+向正极移动。


3、锂电池组成原理


①正极构造


LiMn2O4(锰酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)正极


②负极构造


石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铜箔)负极


4、充电进程


电源给电池充电,此刻正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔阂上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。


正极上发作的反应为LiMn2O4==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(电子)


负极上发作的反应为6C+XLi+Xe==LixC6


5、放电进程


电池放电,此刻负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔阂上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。


正极上发作的反应为Li1-xMn2O4+xli++xe(电子)==LiMn2O4


负极上发作的反应为LixC6==6C+xLi+xe


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