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新能源电动汽车对电池性能的要求

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  • 发布时间:2017/11/15 17:22:07
  • 作者:ly_yinhe

  新能源电动汽车动力电池的能量密度、功率密度、充放电性能、成本、使用寿命、单体一致性和安全性等性能是影响电动汽车能否满足实际运行需求,并且实现产业化的关键因素。

电池的端电压和电动势

  动力电池的端电压是指动力电池正极和负极之间的电位差。动力电池在没有负载情况下的端电压叫开路电压。动力电池接上负载后处于放电状态下的电压称为负载电压,又称为工作电压。电池充放电结束时的电压称为终止电压、分为充电终止电压和放电终止电压。

  电池的电动势等于组成电池的两个电极的平衡电极电位之差。实际电池中两个电极并非处于热力学可逆状态,这时电极电位为稳定电极电位而非平衡电极电位,故电池的开路电压理论上并不等于电池的电动势,一般来说,电池的开路电压和其电动势近似相等。

电池的电流

  放电时电池里输出的电流称为放电电流,充电时电池里流过的电流称为充电电流,电池在放电或充电时所允许的电流最大值称为最大允许电流。

  电池的放电、充电电流通常用充放电率表示:

  I = kCn

  式中:

  I——蓄电池的充/放电电流,A;

  Cn——蓄电池的额定容量,A*h;

  k——比例系数。

  例如,额定容量5A*h的蓄电池以0.2C放电率放电,则放电电流为kCn=0.2x5=1A;额定容量10A *h的蓄电池以2A放电,则放电率为

  I/Cn=(2/10)C=0.2C

  因此,在表示蓄电池的可利用能量或容量时,一定要指出放电率,随着放电率的提高,蓄电池可利用能量或容量降低。

电池的容量

  电池的容量是指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量,单位为A*h。电池的容量有理论容量、额定容量和实际容量之分。

  理论容量是假定电池中的活性物质全部参加成流反应,根据法拉第定律计算所能给出的电量。理论容量是电池容量的最大极限值,电池实际放出的容量只是理论容量的一部分。

  额定容量也叫标称容量,是指在规定的条件下电池应放出的电量。额定容址是制造厂标明的安时容量,作为验收电池质量的重要技术指标。

  实际容量是指充满电的电池在一定条件下所能输出的电量,它等于放电电流和放电时间的乘积。

  电池的实际容量除与其本身的结构和制造工艺有关外,主要受其放电制度的影响,放电制度包括放电速率、放电形式(恒流、变流或脉冲)、终止电压和温度等因素。

  用电池的荷电状态(state of charge,SOC)描述电池剩余容量占额定容量的百分比,用放电深度(depth of discharge,D0D)描述电池已放出的电量与电池额定容量的比值。与电池的容量相似,SOC也是电池放电率、工作环境温度和电池老化程度的函数。

电池的能量与能量密度

  电池的能量是指在按一定标准规定的放电制度下,电池所输出的电能,单位为瓦*时(W*h)或千瓦*时(kw*h)。

  电池的能量也有实际能量与标称能量之分。实际能量为电池在一定的放电条件下的实际容量与平均工作电压的乘积。

  标称能量是指电池的额定容量与其额定电压的乘积。

  通常用能量密度(又称比能量)作为衡量各种动力电池性能的一项重要的指标。能量密度有质量能量密度和体积能量密度之分。质量能量密度是指电池单位质量所能输出的电能, 单位为瓦*时/千克(W*h/kg)。体积能量密度是指电池单位体积所能输出的电能,单位为瓦*时/升(W*h/L)。电池的质量能量密度指标比体积能量密度指标更为重要,因为电池质量能量密度影响电动汽车的整车质量和续驶里程,而体积能量密度只影响电池的布置空闻。质量能量密度是评价电动汽车的能量源是否能满足预定的续驶里程的重要指标。既然电池的可利用容量是电池放电率的函数,那么,电池质量能量密度和体积能量密度的定义电与电池的放电率有关。

电池的功率与功率密度

  电池的功率是指在一定的放电制度下,单位时间内电池输出的能量,单位为瓦(W)或千瓦(kw)。质量功率密度是指单位质量的电池输出的功率,单位为W/kg。体积功率密度是指单位体积的电池输出的功率,单位为W/L。功率密度是评价能量源能否满足电动汽车加速和爬坡性能要求的重要指标。对于电化学电池,比功率与电池的放电深度D0D密切相关。因此,在表示电池功率密度时还要指出电池的放电深度D0D。

电池的循环使用寿命

  电池的循环使用寿命是指以电池充电和放电一次为一个循环,按一定测试标准,当电池容量降到某一规定值(一般规定为额定值的80%)以前,电池经历的充放电循环总次数。循环使用寿命是评价电池寿命性能的一项重要的指标。

电池的自放电率

  电池的自放电率是指电池在存放期间容量的下降率,即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间内容量下降的百分数表示。

电池的输出效率

  电池实际上是一个能量存储器,充电时把电能转变为化学能储存起来,放电时再把化学能转变为电能释放出来,供用电装置使用。电池的输出效率通常用容量效率和能量效率来表示。电池的容量效率指电池放电时输出的容量与充电时输人的容量之比,电池的能量效率指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。通常,电动汽车电池的能量效率为55%~75%,容量效率为65%~90%。对电动汽车而言,能量效率是比容量效率更重要的一个评价指标。

电池的一致性

  对于同一类型、同一规格、同一型号电池之间在电压、内阻、容量等参数方面存在的差别称为电池的一致性。一组电池的寿命在很大程度上取决于它的一致性。由于电动汽车的动力电池都是成组使用的,因此一致性是评价电池组性能的关键指标之一。影响电池一致性的因素主要有单体电池的设计和制造水平、用户的使用方式等。

电池的抗滥用能力

  抗滥用能力指电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压以及遭受高温和着火等非正常使用情况的容忍程度。