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鋰離子電池有什么參數(shù)?

鉅大LARGE  |  點擊量:836次  |  2021年01月04日  

在動力鋰離子電池系統(tǒng)中,各個參數(shù)能夠表征系統(tǒng)的不同性能,本文羅列鋰離子電池各個參數(shù)。


鋰離子電池單體


鋰離子電池單體由正負、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)。


人們重要的出于兩個方面的目的,希望對電池的參數(shù)進行測量和評價。


一個是為了實現(xiàn)主動控制的目的,比如,電池單體電壓不一致,使得系統(tǒng)能量存儲能力降低,假如能夠主動調(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),執(zhí)行監(jiān)控其邊界,可以起到表征電池安全狀態(tài)的用途。


電壓


單體電壓重要的取決于單體正負極材料的類型,一般的鈷酸鋰、三元正極配合石墨負極可以獲得4.2V左右的滿充電壓,而磷酸鐵鋰最高只能達到3.6V。這里的電壓,準確的說應(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。


繼續(xù)說電壓,單體電壓除了由材料決定以外,會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


鋰離子電池內(nèi)部,鋰離子從一極運動到另一極,過程中阻礙離子運動的因素共同的組成了鋰離子電池的內(nèi)阻。其重要的部分包括導(dǎo)電件的物理內(nèi)阻;電機材料、隔膜和電解質(zhì)等電化學(xué)物質(zhì)固有的阻抗;電池內(nèi)部通過存在電流時臨時新增的對鋰離子運動出現(xiàn)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。


鋰離子電池作為一個電源,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


鋰離子電池容量,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。在電池管理系統(tǒng)BMS中,準確估計電池荷電狀態(tài)SOC是其設(shè)計水平的重要指征。


當(dāng)前為人們熟知的做法是關(guān)于動態(tài)工作情形下,對回路電流安時積分,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,大家都了解,容量衰減到一個極限值就是電池淘汰的時候,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,能夠供應(yīng)的離子變少,容量必然跟著下降。


功率


這里的功率,準確的說應(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。


鋰離子電池是否能進行大功率充放電,這在它被設(shè)計完成的時候就已經(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,幾乎沒有進一步調(diào)整的空間。


除了比功率,還有幾個折合到單位質(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格:電池單體容量性價比計算方式為價格比容量,即單位價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;從單位能量價格含義電池價格,是行業(yè)里比較通用的方式,談?wù)撾姵貎r格,就是1kWh多少錢。


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