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有關(guān)動(dòng)力鋰電池概念、原理剖析及優(yōu)缺點(diǎn)比較

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1084次  |  2021年04月26日  

若干重要概念


1、電壓(V)


①開(kāi)路電壓:指電池在沒(méi)有連接外電路或者外負(fù)載時(shí)的電壓。開(kāi)路電壓與電池的剩余能量有一定的聯(lián)系,電量顯示就是利用這個(gè)原理。


②工作電壓:是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差,又稱(chēng)負(fù)載電壓。在電池放電工作狀態(tài)下,當(dāng)電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí),必須克服內(nèi)阻的阻力,故工作電壓總是低于開(kāi)路電壓。


③放電截止電壓:指電池充滿(mǎn)電后進(jìn)行放電,放完電時(shí)達(dá)到的電壓(若繼續(xù)放電則為過(guò)度放電,對(duì)電池的壽命和性能有損傷)。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

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%

④充電限制電壓:充電過(guò)程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷骸?/p>


電池充放電電壓變化曲線(xiàn)


2、電池容量(Ah)


①含義:電池容量是指電池所能夠儲(chǔ)存的電量多少,容量是電池電性能的重要指標(biāo),它由電極的活性物質(zhì)決定。


②單位:容量用C表示,單位用Ah(安時(shí))或mAh(毫安時(shí))表示。

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標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)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(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

③公式:C=It,即電池容量(Ah)=電流(A)x放電時(shí)間(h)。


④舉例:容量為10安時(shí)的電池,以5安培放電可放2小時(shí),以10安培放電可放1小時(shí)。


⑤影響因素:電池的實(shí)際容量重要取決于以下幾個(gè)因素:活性物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量,活性物質(zhì)的利用率。


⑥額定容量:在規(guī)定條件下測(cè)得的,由制造商給定的蓄電池容量。


⑦可用容量:在規(guī)定條件下,從完全充電的蓄電池中釋放的電量。


⑧理論容量:假設(shè)活性物質(zhì)完全被利用,蓄電池可釋放的容量。


3、電池能量(Wh)


①含義:指電池儲(chǔ)存的能量的多少,用Wh來(lái)表示


②公式:能量(Wh)=額定電壓(V)×工作電流(A)×工作時(shí)間(h)。


③舉例:3.2V15Ah單體電芯的能量為48Wh,3.2V100Ah電池組的能量為320Wh。


電池能量是衡量電池帶動(dòng)設(shè)備做功的重要指標(biāo),容量不能決定做功的多少。


4、能量密度(Wh/Kg)


①含義:指單位體積或單位質(zhì)量所釋放的能量,通常用體積能量密度(Wh/L)或質(zhì)量能量密度(Wh/kg)表示。


②舉例:如一節(jié)鋰離子電池重325g,額定電壓為3.7V,容量為10Ah,則其能量密度為113Wh/kg,下表為理論值,在實(shí)際應(yīng)用情況中要考慮電池結(jié)構(gòu)中的殼體、零件等各方面因素。


目前鋰離子電池的能量密度是鎳鎘和鎳氫電池的3和1.5倍,能量密度的高低是由材料密度與結(jié)構(gòu)決定的。


5、功率與功率密度


①功率是指在一定的放電制度下,單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量,單位為W或kW。


②功率密度又稱(chēng)比功率,是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率,單位為W/kg或W/L。


比功率是評(píng)價(jià)電池及電池包是否滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)加速和爬坡能力的重要指標(biāo)。


6、放電倍率(A)


①含義:放電倍率是指在規(guī)按時(shí)間內(nèi)放出其額定容量(C)時(shí)所要的電流值,它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。


②舉例:以10Ah電池舉例,以2A放電,則放電倍率為0.2C,以20A放電,則放電倍率為2C。


7、充電方式


①CC/CV:CC即恒流,以固定的電流對(duì)電池充電;CV即恒壓,以固定的電壓對(duì)電池充電,充電電流會(huì)隨著電池充滿(mǎn)逐漸下降。


②涓流充電:指以小于0.1C電流對(duì)電池充電,一般在電池接近充滿(mǎn)電時(shí),迚行補(bǔ)充充電時(shí)采用,若電池對(duì)充電時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求的話(huà),建議采用涓流充電方式充電。


③浮充電:隨時(shí)對(duì)蓄電池用恒壓充電,使其保持一定的荷電狀態(tài)。


8、充、放電深度(SOCDOD):


電池保有容量數(shù)值的表示方法。


①荷電狀態(tài)state-of-ge(SOC):蓄電池放電后剩余容量與全荷電容量的百分比。


②放電深度depthofdisge(DOD):表示蓄電池放電狀態(tài)的參數(shù),等于實(shí)際放電容量與額定容量的百分比。


③深度放電deepdisge:表示蓄電50%或更大的容量被釋放的程度。


④舉例:充、放電深度以百分比率來(lái)表示,如:容量為10Ah的電池放電后容量變?yōu)?Ah,可以稱(chēng)為80%DOD;容量為10Ah的電池,充電后容量為8Ah,80%SOC。形容滿(mǎn)充滿(mǎn)放,通常稱(chēng)為100%DOD。


9、內(nèi)阻(m?)


①含義:電池的內(nèi)阻是指電池在工作時(shí),電流流過(guò)電池內(nèi)部受到的阻力。內(nèi)阻大小重要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。


②分類(lèi):電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻,歐姆內(nèi)阻是由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成,極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化與濃差極化引起的電阻。


③影響因素:電池內(nèi)阻是一個(gè)非常復(fù)雜而又非常重要的特性,影響內(nèi)阻的因素有材料、結(jié)構(gòu)等。


④出現(xiàn)結(jié)果:由于內(nèi)阻的存在,當(dāng)電池放電時(shí),電流經(jīng)過(guò)內(nèi)阻要出現(xiàn)熱量,消耗能量,電流越大,消耗能量越多,所以?xún)?nèi)阻越小,電池的性能越好,不僅電池的實(shí)際工作電壓高,消耗在內(nèi)阻上的能量也少。


10、自放電率(%/月)


①含義:電池在儲(chǔ)存過(guò)程中,容量會(huì)逐漸下降,其減少的容量與電池容量的比例,稱(chēng)為自放電率。


②原因:由于電極在電解液中的不穩(wěn)定性,電池的兩個(gè)電極發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),活性物質(zhì)被消耗,轉(zhuǎn)為電能的化學(xué)能減少,電池容量下降。


③影響因素:環(huán)境溫度對(duì)其影響較大,過(guò)高溫度會(huì)加速電池的自放電


④表示:電池容量衰減(自放電率)的表達(dá)方法和單位為:%/月。


⑤出現(xiàn)結(jié)果:電池自放電將直接降低電池的容量,自放電率直接影響電池的儲(chǔ)存性能,自放電率越低,貯存性能越好。


11、循環(huán)壽命(次)


①含義:二次電池經(jīng)歷一次充放電稱(chēng)為一個(gè)周期或一次循環(huán),電池在反復(fù)充放電后,容量會(huì)逐漸下降,在一定的放電條件下,電池容量降至80%時(shí),電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就是循環(huán)壽命。


②影響因素:不正確使用電池,電池材料,電解質(zhì)的組成和濃度,充放電倍率,放電深度(DOD%),溫度,制作工藝等都對(duì)電池的循環(huán)壽命有影響。


12、記憶效應(yīng)


①含義:電池的記憶效應(yīng)是指未完全放電的電池,在下一次充電時(shí)所能充電的百分比。


②原因:電池內(nèi)物質(zhì)出現(xiàn)結(jié)晶,如鎳鎘電池中,Cd不斷聚集成團(tuán)形成大塊金屬鎘,降低了負(fù)極的活性。


③防止:為了消除電池的記憶效應(yīng),在充電之前,必須先完全放電,然后再充電。


鋰離子電池?zé)o記憶效應(yīng)。


13、放電平臺(tái)


指放電曲線(xiàn)中電壓基本保持水平的部分。放電平臺(tái)越高、越長(zhǎng)、越平穩(wěn),電池的放電性能越好。


14、電池組的一致性


由多個(gè)單體電芯串連、并聯(lián)在一起就組成了電池組。電池組的整體性能和壽命取決于其中性能較差的一個(gè)電芯,這就要求電池組中每個(gè)電芯性能的一致性要高。除了單體電芯本身性能的誤差和原材料質(zhì)量的好壞,最重要原因是制造工藝,工藝的改進(jìn)對(duì)提高電池的質(zhì)量非常重要。


15、化成


電池制成后,通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極活性物質(zhì)激活,改善電池的充放電性能及自放電、貯存等綜合性能的過(guò)程稱(chēng)為化成。電池經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)的性能。同時(shí)化成過(guò)程中的分選過(guò)程能夠提高電池組的一致性,使最終電池組的性能提高。


鋰離子電池結(jié)構(gòu)與原理解讀


1、鋰離子電池基本結(jié)構(gòu)


重要材料:正極、負(fù)極、電解液、隔膜


結(jié)構(gòu):圓形、方形;疊片、卷繞


形態(tài):聚合物(軟包裝)、液態(tài)鋰離子(鋼殼)


2、鋰離子電池工作原理


正極材料:LiMn2O4,負(fù)極材料:石墨


充電時(shí)正極的Li+和電解液中的Li+向負(fù)極聚集,得到電子,被還原成Li鑲嵌在負(fù)極的碳素材料中。放電時(shí)鑲嵌在負(fù)極碳素材料中的Li失去電子,進(jìn)入電解液,電解液內(nèi)的Li+向正極移動(dòng)。


3、鋰離子電池組成原理


①正極構(gòu)造


LiMn2O4(錳酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔)正極


②負(fù)極構(gòu)造


石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體(銅箔)負(fù)極


4、充電過(guò)程


電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上,正鋰離子Li+從正極跳進(jìn)電解液里,爬過(guò)隔膜上彎彎曲曲的小洞,游泳到達(dá)負(fù)極,與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。


正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)iMn2O4==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(電子)


負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+XLi+Xe==LixC6


5、放電過(guò)程


電池放電,此時(shí)負(fù)極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到正極上,正鋰離子Li+從負(fù)極跳進(jìn)電解液里,爬過(guò)隔膜上彎彎曲曲的小洞,游泳到達(dá)正極,與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。


正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)i1-xMn2O4+xli++xe(電子)==LiMn2O4


負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)ixC6==6C+xLi+xe


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