鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3402次 | 2018年07月12日
鋰電池參數(shù) 鋰電池各種參數(shù)介紹
鋰離子電池單體由正負(fù)、電極、電解液和隔膜組成,是組成電池模塊和電池組的基本結(jié)構(gòu)單元。電池作為一種電化學(xué)電源天然的具有電壓、內(nèi)阻、容量、能量、功率等特性參數(shù)。
在動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)中,各個(gè)參數(shù)能夠表征系統(tǒng)的不同性能,本文羅列鋰電池各個(gè)參數(shù)。
鋰電池單體
鋰離子電池單體由正負(fù)、電極、電解液和隔膜組成,是組成電池模塊和電池組的基本結(jié)構(gòu)單元。電池作為一種電化學(xué)電源天然的具有電壓、內(nèi)阻、容量、能量、功率等特性參數(shù)。
人們主要的出于兩個(gè)方面的目的,希望對電池的參數(shù)進(jìn)行測量和評價(jià)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一個(gè)是為了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的目的,比如,電池單體電壓不一致,使得系統(tǒng)能量存儲(chǔ)能力降低,如果能夠主動(dòng)調(diào)節(jié)兩極的單體電壓,則可以起到放大系統(tǒng)容量的效果。
另一個(gè)是為了安全考慮,電池的參數(shù)有其固定的范圍,檢測電池參數(shù),實(shí)施監(jiān)控其邊界,可以起到表征電池安全狀態(tài)的作用。
電壓
單體電壓主要的取決于單體正負(fù)極材料的類型,一般的鈷酸鋰、三元正極配合石墨負(fù)極可以獲得4.2V左右的滿充電壓,而磷酸鐵鋰最高只能達(dá)到3.6V。這里的電壓,準(zhǔn)確的說應(yīng)該是電勢取決于材料屬性,電勢數(shù)值上等于靜置足夠長時(shí)間以后的電池開路電壓。
而閉合回路中的單體端電壓,是我們用外部儀器檢測到的電壓值,其數(shù)值等于電池電勢減去電池內(nèi)阻占壓。而電池內(nèi)阻并非恒定不變,會(huì)受到多種因素的影響而發(fā)生變化,這些在下面一節(jié)再說。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
繼續(xù)說電壓,單體電壓除了由材料決定以外,會(huì)跟隨荷電量的變化而變化,并且是一一對應(yīng)的關(guān)系,因此,在很多情形下,無法直接簡單測量的電池荷電量(SOC)經(jīng)常被用電池開路電壓進(jìn)行推測。
單體電壓與電池內(nèi)部活性物質(zhì)的活躍程度有關(guān),因此影響活躍度的溫度,也能在小范圍內(nèi)影響到單體電壓的高低。
單體電壓越高,同樣容量的電池含有的能量就越多,因此,在確保安全前提下,提高單體電壓上限值,是提高系統(tǒng)能量密度的一條技術(shù)路線。
內(nèi)阻
鋰電池內(nèi)部,鋰離子從一極運(yùn)動(dòng)到另一極,過程中阻礙離子運(yùn)動(dòng)的因素共同的組成了鋰電池的內(nèi)阻。其主要的部分包括導(dǎo)電件的物理內(nèi)阻;電機(jī)材料、隔膜和電解質(zhì)等電化學(xué)物質(zhì)固有的阻抗;電池內(nèi)部通過存在電流時(shí)臨時(shí)增加的對鋰離子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻礙;這三部分共同構(gòu)成了內(nèi)阻的主體。
內(nèi)阻對溫度最為敏感,不同溫度下,內(nèi)阻值可以發(fā)生很大變化。低溫下電池性能下降,其重要的原因之一就是低溫下電池內(nèi)阻過大造成的。
鋰電池作為一個(gè)電源,從外部看,內(nèi)阻肯定是越小越好。尤其在功率應(yīng)用情形下,小內(nèi)阻是必要的條件。
容量
鋰電池容量,可度量的容量,是在電池合理的最高最低電壓范圍內(nèi),可以充入和放出的最大電量。在搭載到車輛上之前,單體的容量可以用充放電的方式去測量。一旦上車以后,電池容量只能依靠算法估計(jì)。在電池管理系統(tǒng)BMS中,準(zhǔn)確估計(jì)電池荷電狀態(tài)SOC是其設(shè)計(jì)水平的重要指征。
當(dāng)前為人們熟知的做法是對于動(dòng)態(tài)工作情形下,對回路電流安時(shí)積分,在非工作狀態(tài),用電池開路電壓校核電池電量。其他的方法雖然種類繁多,但不是穩(wěn)定性不佳就是計(jì)算量過大,真正被應(yīng)用于批量的并不多見。
單體的容量明顯的受到老化程度的影響,大家都知道,容量衰減到一個(gè)極限值就是電池淘汰的時(shí)候,可見二者具有絕對的相關(guān)性。其次,容量還收到溫度的影響,低溫下,活性物質(zhì)活性下降,能夠提供的離子變少,容量必然跟著下降。
功率
這里的功率,準(zhǔn)確的說應(yīng)該是比功率,是一只單體的充放電功率能力或者說單位質(zhì)量或者單位體積電芯的充放電功率能力。
鋰電池是否能進(jìn)行大功率充放電,這在它被設(shè)計(jì)完成的時(shí)候就已經(jīng)決定了。同樣是磷酸鐵鋰材質(zhì)或者三元材質(zhì),采用工藝手段、改變電極厚度或者加入添加劑、調(diào)整活性物質(zhì)結(jié)構(gòu),電解質(zhì)性質(zhì),電極SEI膜性質(zhì),都可以起到調(diào)整電池功率性能的目的。一般的,功率性能與能量密度往往無法共存,同一種材料,追求高功率,則會(huì)部分的犧牲掉能量密度。
電芯一旦被生產(chǎn)出來,其合理的最大充放電電流就已經(jīng)確定了,除了調(diào)整電池散熱條件,能夠小范圍改變其最大充放功率以外,幾乎沒有進(jìn)一步調(diào)整的空間。
除了比功率,還有幾個(gè)折合到單位質(zhì)量或者體積上,更能看出電池水平的參數(shù)。
比容量、比能量
體積比容量就是容量除以電池體積,質(zhì)量比容量就是容量除以質(zhì)量。從這里延伸開去,把電池成本折合到單位容量上,也就是從電池充放電能力角度談?wù)搩r(jià)格:電池單體容量性價(jià)比計(jì)算方式為價(jià)格比容量,即單位價(jià)錢的電池所能放出的電量。不過,一般這種方式比較少用。
類似的,電池單體質(zhì)量比能量為能量除以質(zhì)量,即單位質(zhì)量的電池能放出的能量;體積比能量,即單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的能量;從單位能量價(jià)格定義電池價(jià)格,是行業(yè)里比較通用的方式,談?wù)撾姵貎r(jià)格,就是1kWh多少錢。
鋰離子電池模塊
電池模塊由若干電池單體串并聯(lián)組合形成,是組成電池組的元素。電池模塊在實(shí)際運(yùn)行中很少作為一個(gè)主體被單獨(dú)評價(jià),偶爾一些系統(tǒng)中,會(huì)檢測其電壓值。
實(shí)際上,人們往往把模塊看成一塊大電池。不同的是,模塊存在單體一致性問題,其內(nèi)部電芯電壓差是均衡功能考察的重點(diǎn)。電池模塊的性能往往受制于組成電池模塊中性能最低電池單體,并主要體現(xiàn)在容量這個(gè)指標(biāo)上。充電的時(shí)候,電壓高的單體最先充滿;放電的時(shí)候,電壓低的電芯最先放完。
而很可能這兩個(gè)電芯并非同一顆。因此,模塊內(nèi)部電芯參數(shù)的一致性就對模塊性能產(chǎn)生了決定性的影響。一致性,是模塊級別比單體多出來的需要考量的一個(gè)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)在模塊成組之初,會(huì)通過各種手段對電芯進(jìn)行篩選來保證;模塊生產(chǎn)完畢,一致性則是其驗(yàn)收的重要指標(biāo);在運(yùn)行過程中,則只能依靠BMS的均衡功能來保證。
鋰離子電池系統(tǒng)
電池組一般由模塊串聯(lián)組成。電池組除了繼承模塊的全部參數(shù)以外,其總電壓決定了電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的電壓平臺(tái),是非常重要的參數(shù)。
電池組整體上還有幾個(gè)涉及到安全的指標(biāo)會(huì)被持續(xù)監(jiān)測。電池包輸出正負(fù)極對地電阻,系統(tǒng)漏電流,高壓互鎖信號,系統(tǒng)最高最低溫度,系統(tǒng)最大溫差,系統(tǒng)最大溫升速率,系統(tǒng)最高最低單體電壓等等。
以上都是從電性能來說的,作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體,電池包還有很多參數(shù)需要持續(xù)關(guān)注,還有環(huán)境耐受性能,濫用耐受性能,此處不一一列舉。