鋰電池工作原理和效能指標

2021-03-03 20:30:19 字數 2612 閱讀 5320

2. 電池容量(ah)

(1)理論容量——根據蓄電池活性物質的特性,按法拉第定理計算出的高理論值,一般用質量容量ah/kg或體積容量ah/l來表示。

(2)實際容量——在一定條件下所能輸出的電量,等於放電電流與放電時間的乘積。

(3)標稱容量——用來鑑別電池的近似安時值。

(4)額定容量——按一定標準所規定的放電條件下,電池應該放出的最低限度的容量。

(5)荷電狀態(soc)——電池在一定放電倍率下,剩餘電量與相同條下額定容量的比值。反映電池容量的變化。

3. 能量(w*h、kw*h)

(1)標稱能量——按一定標準所規定的放電條件下,電池所輸出的能量,電池的標稱能量是電池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電壓的乘積。

(3)比能量(wh/kg)——動力電池組單位質量中所能輸出的能量。

(4)能量密度(wh/l)——動力電池組單位體積中所能輸出的能量。

4. 功率(w、kw)

在一定的放電制度下,電池在單位時間內所輸出的能量。

(1)比功率(w/kg)——動力電池組單位質量中所具有的電能的功率。

(2)功率密度(w/l)——動力電池組單位體積中所能輸出的能量。

5. 電池內阻

電流流過電池內部受到的阻力,使電池電壓降低,此阻力稱為電池內阻。由於電池內阻的作用,電池放電時端電壓低於電動勢和開路電壓。充電時端電壓高於電動勢和開路電壓。

鋰電池的內阻包括歐姆內阻和極化內阻。歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻以及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指化學反應時由極化引起的電阻,包括電化學極極化和濃差極化引起的電阻。

鋰離子電池的實際內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力。電池內阻大,會引起大量焦耳熱引起電池溫度公升高,導致電池放電工作電壓降低,放電時間縮短,對電池效能、壽命等造成嚴重的影響。電池內阻大小的精確計算相當複雜,而且在電池使用過程中會不斷變化。

根據經驗表明,鋰離子電池的體積越大,內阻越小。

6. 壽命

電池以充放電的迴圈次數或使用年限來定義電池壽命。

迴圈次數:蓄電池的工作是乙個不斷充電——放電——充電——放電……的迴圈過程。在每乙個迴圈中,電池中的化學活性物質發生一次可逆的化學反應,充放電次數的增加,化學活性物質老化變質,使電池充放電效率降低,最終喪失功能,電池報廢。

電池的迴圈次數與很多因素有關:電池充放電形式、電池溫度、放電深度、電池組均衡性、電池安裝,等等。迴圈次數是衡量電池壽命的指標。

使用年限:soh(state of health)反映電池的預期壽命。soh=cm/** ,其中,cm表示蓄電池**容量;**表示蓄電池標稱容量。

7. 放電速率(放電率)

一般用電池在放電時的時間或放電電流與額定電流的比例來表示。

(1)時率(時間率)——電池以某種電流強度放電,放完額定容量所經過的放電時間。

(2)倍率(電流率)——電池以某種電流強度放電的數值為額定容量數值的倍數。例如,放電電流為0.1c20,對於120a·h(c20)的電池,即以0.1*120=12

的電流放電。c的下腳表示放電時率。

8. 自放電率

自放電率——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,自放電率用單位時間(月/年)內電池容量下降的百分數來表示。

三、電池soc值計算

1. soc定義

電池荷電狀態soc(state of charge)描述電池剩餘電量的數量,是電池使用過程中的重要引數。從電量的角度來定義soc,是指電池在一定放電倍率下,剩餘電量與相同條件下額定容量的比值。

soc=creal/crated

式中,creal表示電池剩餘電量,crated表示電池額定容量。

2. soc計算步驟

(1) 獲取鋰電池當前電流、電壓和溫度值

鋰電池恆定電流放電時,電壓遞減,溫度遞增。

鋰電池恆定電流充電時,電壓遞增,溫度遞增。

鋰電池靜止或者充電完成後,電壓保持恆定,溫度保持恆定。

可以根據檢測某一時段電池的電壓、溫度情況,來判斷電池處於充電、放電還是靜止狀態。

(2)計算電池初試電量

用開路電壓法獲取充電完成時(靜止)的初始電量c0

電池的開路電壓在數值上接近電池電動勢,其與電池的放電深度存在相對線性的對應關係。c0=a*u0+b,其中a、b為常量修正值,可有鋰電池型別確定(由電池製造商提供)。

(3)計算電池充電、放電狀態下t時刻soc值

假設△t時間內,電池以恆定電流充放電,在時刻t其電池實際容量ct=ct-1-△c(△c>0表示電池放電,△c<0表示電池充電)。且c=i*t,則時刻t電池容量。為充放電倍率修正係數。

電池t時刻的soc值,。

(4) soc影響因素及其修正

a) 充放電倍率修正係數

=ci/ci,定義ci表示在標準電流i時電池放出的總容量,ci為在電流i時放出的電量。

b) 溫度t

c為電池在溫度t時的容量;為電池在時的容量;為溫度係數,在不同溫度區間,不同,t為當前電池溫度。

c) 自放電

電池因內部的電化學反應,產生自放電現象,使其在非工作狀態時,電量也

會發生損失,因此要按照電池的自放電曲線進行修正。

d) 電池老化衰減

隨著電池使用次數的增加,電池會老化,因此要按照電池老化程度進行修正。

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