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      鋰電池基本參數介紹
      日期:2023-11-16   [復制鏈接]
      責任編輯:wangxin_yjm 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
      1. 容量(Capacity,單位:Ah)

      這是大家比較關心的一個參數。電池容量是衡量電池性能的重要性能指標之一,它表示在一定條件下(放電率、溫度、終止電壓等)電池放出的電量(可用JS-150D做放電測試),即電池的容量,通常以安培·小時為單位(簡稱,以A·H表示,1A·h=3600C)。例如一個電池為48V 200ah,那么就是說該電池可以存儲48V*200ah=9.6KWh,即9.6度電。電池容量按照不同條件分為實際容量、理論容量與額定容量。

      實際容量指在一定的放電制下(一定沉度,一定的電流密度和終止電壓),電池所能給出的電量。實際容量一般都不等于額定容量,它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關。一般情況下,實際容量比額定容量偏小一些,有時甚至比額定容量小很多;

      理論容量指的是活性物質全部參加電池反應所給出的電量。即最理想狀態下的容量;

      額定容量是指銘牌上所標明的電機或電器在額定工作條件下能長期持續工作的容量。通常對變壓器指視在功率,對電機指有功功率,對調相設備指視在功率或無功功率,單位為VA,kVA,MVA;

      應用中,極板的幾何尺寸、終止電壓、溫度、放電率等對電池容量都會產生影響,比如北方的冬季,如果在室外使用手機,電池容量會迅速下降。

      2. 能量密度(Energy Density, 單位:Wh/kg或Wh/L)

      能量密度,電池能量密度,對于給定的電化學儲能裝置,所能充入的能量與儲能介質的質量或體積之比。前者稱“質量能量密度”,后者稱“體積能量密度”,單位分別為瓦·時/千克Wh/kg,瓦·時/升Wh/L。這里的電量,是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應用的時候,能量密度這個指標比容量更具有指導性意義。


      基于當前的鋰離子電池技術,能夠達到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應用的瓶頸。這一問題同樣出現在電動汽車領域,在體積和重量都受到嚴格限制的情況下,電池的能量密度決定了電動汽車的單次最大行駛里程,于是出現了“里程焦慮癥”這一特有的名詞。如果要使得電動汽車的單次行駛里程達到500公里(與傳統燃油車相當),電池單體的能量密度必須達到300Wh/kg以上。

      鋰離子電池能量密度的提升,是一個緩慢的過程,遠低于集成電路產業的摩爾定律,這就造成了電子產品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差,并且隨著時間不斷擴大。

      3. 充放電倍率(Charge/Discharge rate, 單位:C)

      充放電倍率是充電快慢的一種量度。這個指標會影響鋰離子電池工作時的連續電流和峰值電流,其單位一般為C(C-rate的簡寫),如1/10C,1/5C,1C,5C,10C等。例如電池的額定容量是20Ah,如果其額定充放電倍率是0.5C,那么就意味著這個電池,可以以20Ah*0.5C=10A的電流,進行反復的充放電,一直到充電或放電的截止電壓。如果其最大放電倍率是10C@10s,最大充電倍率5C@10s,那么該電池可以以200A的電流進行持續10秒的放電,以100A的電流進行持續10秒的充電。


      充放電倍率指標定義的越詳細,對于使用時的指導意義越大。尤其是作為電動交通工具動力源的鋰離子電池,需要規定不同溫度條件下的連續和脈沖倍率指標,以確保鋰 離子電池使用在合理的范圍之內。

      4. 電壓(Voltage, 單位:V)

      鋰離子電池的電壓,有開路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等一些參數。

      開路電壓就是電池外部不接任何負載或電源,測量電池正負極之間的電位差,此即為電池的開路電壓。

      工作電壓就是電池外接負載或電源,處在工作狀態,有電流流過時,測量所得的正負極之間的電位差。工作電壓與電路組成情況以及設備的工作狀態相關,是變化值。一般來說,由于電池內阻的存在,放電狀態時的工作電壓低于開路電壓,充電時的工作電壓高于開路電壓。

      充/放電截止電壓是指電池允許達到的最高和最低工作電壓。超過了這一限值,會對電池產生一些不可逆的損害,導致電池性能的降低,嚴重時甚至造成起火、爆炸等安全事故。

      5. 壽命(Cycle Life, 單位: times)及放電深度(Depth of discharge,DoD)

      放電深度是表示電池放電量與電池額定容量的百分比。淺循環蓄電池的放電深度不應超過25%,深循環蓄電池則可釋放80%的電量。電池的上限電壓開始放電,到下限電壓放電終止。把所有放出來的電量定義為100%。電池標準80%DOD意思就是放80%的電量。比如初始的SOC是100%,我放到20%就停止,這就是80%DOD。

      鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減,并且會有較為明顯的表現。仍然以智能手機為例,使用過一段時間的手機,可以很明顯的感覺到手機電池“不耐用”了,剛開始可能一天只充一次,后面可能需要一天充電兩次,這就是電池壽命不斷衰減的體現。

      鋰離子電池的壽命分為循環壽命和日歷壽命兩個參數。循環壽命一般以次數為單位,表征電池可以循環充放電的次數。當然這里也是有條件的,一般是在理想的溫度、濕度下,以額定的充放電電流進行深度的充放電(80%DOD),計算電池容量衰減到額定容量的20%時,所經歷的循環次數。

      日歷壽命的定義則比較復雜,電池不可能一直在充放電,有存儲和擱置,也不可能一直處于理想環境條件,會經歷各種溫濕度條件,充放電的倍率也是時刻在變化的,所以實際的使用壽命就需要模擬和測試。簡單的說,日歷壽命就是電池在使用環境條件下,經過特定的使用工況,達到壽命終止條件(比如容量衰減到20%) 的時間跨度。日歷壽命與具體的使用要求是緊密結合的,通常需要規定具體的使用工況,環境條件,存儲間隔等。

      日歷壽命比循環壽命更具有實際意義,但由于日歷壽命的測算非常復雜,而且耗時太長,所以一般電池廠家只給出循環壽命的數據。如需要獲得日歷壽命的數據,通常要額外付費,且要等待很長時間。

      6. 內阻(internal resistance, 單位:Ω)


      鋰離子電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,它包括歐姆內阻和極化內阻,極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。

      歐姆內阻由電極材料、電解質、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指電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。

      內阻的單位一般是毫歐姆(mΩ),內阻大的電池,在充放電的時候,內部功耗大,發熱嚴重,會造成鋰離子電池的加速老化和壽命衰減,同時也會限制大倍率的充放電應用。所以,內阻做的越小,鋰離子電池的壽命和倍率性能就會越好。

      7. 自放電

      自放電現象
      就是電池如果一直閑置不使用,也會損耗電量的現象。電池在放置的時候,其容量是在不斷下降的,容量下降的速率稱為自放電率,通常以百分數表示:%/月。

      自放電是我們不希望看到的,一個充滿電的電池,放個幾個月,電量就會少很多,所以我們希望鋰離子電池的自放電率越低越好。

      這里需要特別注意,一旦鋰離子電池的自放電導致電池過放,其造成的影響通常是不可逆的,即使再充電,電池的可用容量也會有很大損失,壽命會快速衰減。所以長期放置不用的鋰離子電池,電池一定要記得定期充電,避免因為自放電導致過放,性能受到很大影響。

      8. 工作溫度范圍


      由于鋰離子電池內部化學材料的特性,鋰離子電池有一個合理的工作溫度范圍(常見的數據在-20℃~60℃之間),如果超出了合理的范圍使用,會對鋰離子電池的性能造成較大的影響。

      不同材料的鋰離子電池,其工作溫度范圍也是不一樣的,有些具有良好的高溫性能,有些則能夠適應低溫條件。鋰離子電池的工作電壓、容量、充放電倍率等參數 都會隨著溫度的變化而發生非常顯著的變化。長時間的高溫或低溫使用,也會使得鋰離子電池的壽命加速衰減。因此,努力創造一個適宜的工作溫度范圍,才能夠最 大限度的提升鋰離子電池的性能。

      除了工作溫度有限制之外,鋰離子電池的存儲溫度也是有嚴格約束的,長期高溫或低溫存儲,都會對電池性能造成不可逆的影響。


      原標題:鋰電池基本參數介紹
       
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      來源:鋰電派
       
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