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電動汽車動力電池的性能參數

文章來源:極速飛艇開獎記錄電動車 發布時間:2017/10/20 瀏覽量::

化學電池品種繁多,性能各異。常用以表征其性能的指標有:電性能、機械性能、貯存性能等,有時還包括使用性能和經濟成本。我們主要介紹其電性能和貯存性能。電性能包括:電動勢、額定電壓、開路電壓、工作電壓、終止電壓、充電電壓、內阻、容量、比能量和比功率、貯存性能和自放電、壽命等。貯存性能主要取決於電池的自放電大小。


⑴ 電動勢

電池的電動勢,又稱電池標準電壓或理論電壓,為電池斷路時正負兩極間的電位差。電池的電動勢可以從電池體係熱力學函數自由能的變化計算而得。


⑵ 額定電壓

額定電壓(或公稱電壓),係指該電化學體係的電池工作時公認的標準電壓。例如,鋅錳幹電池為1.5V,鎳鎘電池為1.2V,鉛酸蓄電池為2V,鋰離子電池為3.6V。


⑶ 開路電壓

電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等於電池的電動勢。必須指出,電池的電動勢是從熱力學函數計算而得到的,而電池的開路電壓則是實際測量出來的。


⑷ 工作電壓

係指電池在某負載下實際的放電電壓,通常是指一個電壓範圍。例如,鉛酸蓄電池的工作電壓在2V~1.8V;鎳氫電池的工作電壓在1.5V~1.1V;鋰離子電池的工作電壓在3.6V~2.75V。


⑸ 終止電壓

係指放電終止時的電壓值,視負載和使用要求不同而異。以鉛酸蓄電池為例:電動勢為2.1V,額定電壓為2V,開路電壓接近2.15V,工作電壓為2V~1.8V,放電終止電壓為1.8V~1.5V(放電終止電壓根據放電率的不同,其終止電壓也不同)。


⑹ 充電電壓

係指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大於電池的開路電壓,通常在一定的範圍內。例如,鎳鎘電池的充電壓在1.45V~1.5V;鋰離子電池的充電壓在4.1V~4.2V;鉛酸蓄電池的充電壓在2.25V~2.5V。


⑺ 內阻

蓄電池的內阻包括:正負極板的電阻,電解液的電阻,隔板的電阻和連接體的電阻等。


a. 正負極板電阻

目前普遍使用的鉛酸蓄電池正、負極板為塗膏式,由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質兩部分構成。因此,極板電阻也由板柵電阻和活性物質電阻組成。板柵在活性物質內層,充放電時,不會發生化學變化,所以它的電阻是板柵的固有電阻。活性物質的電阻是隨著電池充放電狀態的不同而變化的。

當電池放電時,極板的活性物質轉變為硫酸鉛(PbSO4),硫酸鉛含量越大,其電阻越大。而電池充電時將硫酸鉛還原為鉛(Pb),硫酸鉛含量越小,其電阻越小。


b. 電解液電阻

電解液的電阻視其濃度不同而異。在規定的濃度範圍內一旦選定某一濃度後,電解液電阻將隨充放電程度而變。電池充電時,在極板活性物質還原的同時電解液濃度增加,其電阻下降;電池放電時,在極板活性物質硫酸化的同時電解液濃度下降,其電阻增加。


c. 隔板電阻

隔板的電阻視其孔率而異,新電池的隔板電阻是趨於一個固定值,但隨電池運行時間的延長,其電阻有所增加。因為,電池在運行過程中有些鉛渣和其他沉積物在隔板上,使得隔板孔率有所下降而增加了電阻。


d. 連接體電阻

連接體包括單體電池串聯時連接條等金屬的固有電阻,電池極板間的連接電阻,以及正、負極板組成極群的連接體的金屬電阻,若焊接和連接接觸良好,連接體電阻可視為一固定電阻。

每隻電池所呈現的內阻就是上述物體電阻的總和,電池內阻R與電動勢、端電壓及放電電流的關係:Rs=(E-Uf)÷If

電池的內阻在放電過程中會逐漸增加,而在充電過程中則逐漸減小。所以,電池在充放電過程中,端電壓也會因其內阻的變化而變動。故端電壓在放電時低於電池的電動勢,充電時又高於電池的電動勢。


⑻ 容量


電池的容量單位為庫侖(C)或安時(Ah)。表征電池容量特性的專用術語有三個:

a. 理論容量。係指根據參加電化學反應的活性物質電化學當量數計算得到的電量。通常,理論上1電化當量物質將放出1法拉第電量,即96500C或26.8Ah(1電化當量物質的量,等於活性物質的原子量或分子量除以反應的電子數)。

b. 額定容量。係指在設計和生產電池時,規定或保證在指定放電條件下電池應該放出的最低限度的電量。

c. 實際容量。係指在一定的放電條件下,即在一定的放電電流和溫度下,電池在終止電壓前所能放出的電量。


電池的實際容量通常比額定容量大10%~20%。

電池容量的大小,與正、負極上活性物質的數量和活性有關,也與電池的結構和製造工藝與電池的放電條件(電流、溫度)有關。

影響電池容量因素的綜合指標是活性物質的利用率。換言之,活性物質利用得越充分,電池給出的容量也就越高。

活性物質的利用率可以定義為:利用率=(電池實際容量/電池理論容量)×100%,或,利用率=(活性物質理論用量/活性物質實際用量)×100%。


⑼ 比能量和比功率


電池的輸出能量是指在一定的放電條件下,電池所能作出的電功,它等於電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積,其單位常用瓦時(Wh)表示。

電池的比能量有兩種。一種叫重量比能量,用瓦時/千克(Wh/kg)表示;另一種叫體積比能量,用瓦時/升(Wh/L)表示。比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時所具有的有效電能量。它的比較電池性能優劣的重要指標。

必須指出,單體電池和電池組的比能量是不一樣的。由於電池組合時總要有連接條、外部容器和內包裝層等,故電池組的比能量總是小於單體電池的比能量。

電池的功率是指在一定的放電條件下,電池在單位時間內所能輸出的能量。單位是瓦(W),或千瓦(kW)。電池的單位重量或單位體積的功率稱為電池的比功率,它的單位是瓦/千克(W/kg)或瓦/升(W/L)。如果一個電池的比功率較大,則表明在單位時間內,單位重量或單位體積中給出的能量較多,即表示此電池能用較大的電流放電。因此,電池的比功率也是評價電池性能優劣的重要指標之一。


⑽ 貯存性能和自放電


電池經過幹貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一定時間後,其容量會自行降低,這個現象稱自放電。所謂“貯存性能”是指電池開路時,在一定的條件下(如溫度、濕度)貯存一定時間後自放電的大小。

電池在貯存期間,雖然沒有放出電能量,但是在電池內部總是存在著自放電現象。即使是幹貯存,也會由於密封不嚴,進入水份、空氣及二氧化碳等物質,使處於熱力學不穩定狀態的部分正極和負極活性物質構成微電池腐蝕機理,自行發生氧化還原反應而白白消耗掉。如果是濕貯存,更是如此。長期處在電解液中的活性物質也是不穩定的。負極活性物質大多是活潑金屬,都會發生陽極自溶。酸性溶液中,負極金屬是不穩定的,在堿性溶液及中性溶液中也非十分穩定。

電池自放電的大小,一般用單位時間內容量減少的百分比表示,即:

自放電=(Co-Ct/Cot)×100%式中:Co──貯存前電池容量,Ah;Ct──貯存後電池容量,Ah;t──貯存時間,用天、周、月或年表示。

自放電的大小,也能用電池貯存至某規定容量時的天數表示,稱為貯存壽命。貯存壽命有兩種,即幹貯存壽命和濕貯存壽命。對於在使用時才加入電解液的電池貯存壽命,習慣上也稱為幹貯存壽命。幹貯存壽命可以很長。對於出廠前已加入電解液的電池貯存壽命,習慣上稱為濕貯存壽命(或濕荷電壽命)。濕貯存時自放電嚴重,壽命較短。如銀鋅電池的幹貯存壽命可達5~8年,但它的濕貯存壽命通常隻有幾個月。

降低電池中自放電的措施,一般是采用純度較高的原材料,或將原材料預先處理,除去有害雜質。也可在負極金屬板柵中加入氫過電位較高的金屬,如Ag、Cd等,還有的在溶液中加入緩蝕劑,目的都是抑製氫的析出,減少自放電反應的發生。


⑾ 壽命


電池的壽命有“幹貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個概念。必須指出,這兩個概念僅是針對電池自放電大小而言的,並非電池的實際使用期限。電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長短。

對一次電池而言,電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間(與放電倍率大小有關)。

對二次電池而言,電池的壽命分充放電循環壽命和濕擱置使用壽命兩種。

充放電循環壽命,是衡量二次電池性能的一個重要參數。經受一次充電和放電,稱為一次循環(或一個周期)。在一定的充放電製度下,電池容量降至某一規定值之前,電池能耐受的充放電次數,稱為二次電池的充放電循環壽命。充放電循環壽命越長,電池的性能越好。在目前常用的二次電池中,鎘鎳電池的充放電循環壽命500~800次,鉛酸電池200~500次,鋰離子電池600~1000次,鋅銀電池很短,約100次左右。

二次電池的充放電循環壽命與放電深度、溫度、充放電製式等條件有關。所謂“放電深度”是指電池放出的容量占額定容量的百分數。減少放電深度(即“淺放電”),二次電池的充放電循環壽命可以大大延長。

濕擱置使用壽命,也是衡量二次電池性能的重要參數之一。它是指電池加入了電解液後開始進行充放電循環直至充放電循環壽命終止的時間(包括充放電循環過程中電池處於放電態濕擱置的時間)。濕擱置使用壽命越長,電池性能越好。在目前常用的電池中,鎘鎳電池濕擱置使用壽命2~3年,鉛酸電池3~5年,鋰離子電池5~8年,鋅銀電池最短,隻有1年左右。

另外,電池的性能還有:低溫性能、耐過充電能力、安全性能等。