动力电池参数:电压、容量、内阻、功率、循环寿命

2023-09-28 理论教育版权反馈

【摘要】：电动汽车用动力电池基本性能指标主要有：电压、容量、内阻、功率、标称功率、自放电率等。动力电池需要不停的充放电，这就要求其具有较长的循环寿命。动力电池在工作中能够稳定的工作，理想的动力电池应不随剩余电量的变化而发生输出电压或输出电流的变化。总体看，提高功率密度、能量密度、使用寿命以及降低成本一直是电动汽车动力电池技术研发的核心。

电动汽车用动力电池基本性能指标主要有：电压、容量、内阻、功率、标称功率、自放电率等。

1.　基本性能指标

1）电压

工作电压：电池在一定负载条件下实际的放电电压，如铅酸蓄电池的工作电压为1.8～2 V，镍氢电池的工作电压为1.1～1.5 V，锂离子电池的工作电压为2.75～3.6 V。

额定电压：电池工作时公认的标准电压，如镍镉电池额定电压为1.2 V，铅酸蓄电池的额定电压为2 V。

放电终止电压：放电终止时的电压值，通常与负载、使用要求有关。

充电电压：外电路直流电压对电池充电的电压。一般，充电电压要大于开路电压，如镍镉电池的充电电压：1.45～1.5 V，锂离子电池的充电电压：4.1～4.2 V，铅酸蓄电池的充电电压： 2.25～2.7 V。

2）容量

容量是指在充电以后，在一定放电条件下所能释放出的电量，其单位为A·h，容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压有关。一般应用额定容量和实际容量。

理论容量：根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数计算得到的电量。

额定容量：是指设计与制造电池时，按照国家或相关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下能够放出的最低限度的电量。

实际容量：是指电池在一定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积。

3）内阻

电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，内阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，与电池的尺寸、结构、装配等有关。

4）功率和标称功率

电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内输出的能量，单位为kW。

标称功率也叫标称输出功率，它是指在用电设备正常使用前提下，能够长时间工作输出功率的最大值。

5）自放电率与存储性能

对所有化学电源，即使在与外界电路无任何接触的条件下开路放置，其容量也会自然衰减，这种现象称为自放电。电池自放电的大小用自放电率衡量，通常以单位时间内容量减少的百分比表示：

自放电率=（储存前电池容量—储存后电池容量）/储存前电池容量×100%

2.　其他性能指标

除此之外，电动汽车电池的性能指标还有比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循环寿命（L）和成本（C）等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、续航里程大的高效电池。

1）比能量（E）

电池的比能量有两种：一种叫质量比能量，用瓦时/千克（W·h/kg）表示；另一种叫体积比能量，用瓦时/升（W·h/L）表示。比能量的物理意义是电池为单位质量或单位体积时所具有的有效电能量。它是比较电池性能优劣的重要指标。

必须指出，单体电池和电池组的比能量是不一样的。由于电池组合时总要有连接条、外部容器和内包装层等，故电池组的比能量总是小于单体电池的比能量。

2）能量密度（Ed）

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。动力电池能量密度越大，储存同样多的能量时自身体积越小。

3）比功率（P）

电池的单位质量或单位体积的功率称为电池的比功率，它的单位是瓦/千克（W/kg）或瓦/升（W/L）。如果一个电池的比功率较大，则表明在单位时间内，单位质量或单位体积中给出的能量较多，即表示此电池能用较大的电流放电。因此，电池的比功率也是评价电池性能优劣的重要指标之一。

4）循环寿命（L）

循环寿命也称为充放电循环寿命，是衡量电池性能的一个重要参数。经受一次充电和放电，称为一次循环（或一个周期）。在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为二次电池的充放电循环寿命。充放电循环寿命越长，电池的性能越好。

5）放电率和放电深度

放电率是指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的时间。倍率是指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。

放电深度（Depth of Discharge，DOD）表示放电程度的一种量度，它是放电容量与总放电容量的百分比。

6）荷电状态

荷电状态（State of Charge，SOC），是指剩余电量与额定容量或实际容量的比例。这一参数是在电动汽车使用中十分关键却不易获取的数据。

3.　电动汽车动力电池基本要求

作为电动汽车的主要能量来源，电动汽车动力电池需要满足以下基本要求：

（1）能量密度大，比能量高。

电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是W·h/kg 或W·h/L。比能量越高，电动汽车的续航里程就越大，为了提高电动汽车的续航里程，要求电动汽车动力电池的比能量要大。

（2）功率密度大，比功率高。

电动汽车行驶过程中在加速工况或大负荷工况时，要求驱动电动机有较大的扭矩输出，大扭矩的获得需要有较大的驱动电流来驱动电动机转动，这就要求动力电池有足够的电流输出能力，从而满足电动汽车的加速行驶和具有一定的负载能力。

（3）充放电效率高，循环寿命长。

充电时，电动汽车动力电池需要外部或内部进行电能的补充，将电能转化为化学能储存起来；放电时，动力电池将自身的化学能转化为电能储存在电池内。为了能量有效的利用，因此需要较高的充放电效率。

动力电池需要不停的充放电，这就要求其具有较长的循环寿命。

（4）相对稳定性好。

动力电池在工作中能够稳定的工作，理想的动力电池应不随剩余电量的变化而发生输出电压或输出电流的变化。

（5）成本低，使用寿命长

从电动汽车的成本构成看，电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30%～50%，降低动力电池的成本就意味着电动汽车成本随之降低，同时，较长时间的使用寿命就意味着较低的用车成本。

（6）安全性好，适应车辆运行环境。

动力电池一般安装在车底或车侧面，在工作中其安全性对驾驶员和乘客的生命有着重要的意义，另外车在运行中的颠簸、道路环境的恶化等也对动力电池的安全有较高的要求。

总体看，提高功率密度、能量密度、使用寿命以及降低成本一直是电动汽车动力电池技术研发的核心。

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动力电池参数:电压、容量、内阻、功率、循环寿命

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