新能源汽車鋰電池充放電相關(guān)的基本概念
二十世紀(jì)九十年代以來,鋰離子電池的研究和生產(chǎn)都取得了重大的進(jìn)展,在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛,近年來,鋰離子電池也被研究人員用在電動(dòng)車車上用作動(dòng)力能源,成為電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)新趨勢。
充放電相關(guān)的基本概念
單體電池、單個(gè)電池和電池組:單體電池(Cell)是指電動(dòng)勢為2V(鉛酸)或1.2V(鎳氫)或3.6V(鋰電池)左右的蓄電池,是組成單個(gè)電池的基本單元;幾個(gè)單體電池封裝組成單個(gè)電池,簡稱電池(Battery);電池組(Battery Pack)由若干個(gè)電池串聯(lián)而成。
電池的容量:指一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量,一個(gè)電池有理論容量、實(shí)際容量、額定或公稱容量和額定儲備容量之分。用Ah(安時(shí))數(shù)、mAh(毫安時(shí))表示。
理論容量:理論容量是指假設(shè)活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所給出的電量。它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉弟定律計(jì)算得到的。為了比較不同系列的電池常用比容量的概念,即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量,常以Ah/Kg或Ah/L表示。
實(shí)際容量:實(shí)際容量是指在一定的放電條件下電池實(shí)際放出的容量,等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。其值小于理論容量。計(jì)算方法是:
計(jì)算方法
式中,C為實(shí)際容量,U為放電電壓,I為放電電流,R為放電電阻,T為放電至終止電壓的時(shí)間。
額定容量:額定容量是指設(shè)計(jì)和制造電池時(shí),按國家或有關(guān)部門頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。如電動(dòng)車規(guī)定為C/3放電率下放出的容量。
額定儲備容量:國際電工學(xué)會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定汽車型蓄電池的容量用額定容量和儲備容量表示均可。我國采用額定容量。指不分電池規(guī)格大小,一律以25A電流放電,到終止電壓1.75V時(shí)的放電時(shí)間以分鐘計(jì)。對規(guī)格不同的電池,規(guī)定不同的放電時(shí)間。
電池的能量是指在一定放電條件下,電池所能給出的電能,通常用Wh表示。
電池的功率是指電池在一定放電條件下,于單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小,單位為W(瓦)或KW。單位重量電池所能給出的功率稱為比功率,單位W/kg或KW/kg.
充電狀態(tài)SOC(StateOf Charge):是描述電池荷電狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù),通常把在一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)理解為充電狀態(tài)(SOC)為100%,而將電池再不能放出能量的狀態(tài)理解為充電狀態(tài)(SOC)0%.
SOC
式中Cr是剩余電量,CT為電池標(biāo)稱容量,即在規(guī)定電流和溫度下處于理想狀態(tài)時(shí)的所能放出的容量。Qe已用電量。ωi為不同放電電流和溫度下的電量加權(quán)系數(shù);
放電深度DOD(DepthOf Discharge):DOD = Qe/CT,DOD=1-SOC。
充電深度DOC(DepthOf Charge):電池可能放出的電量與實(shí)際電池容量的比。
DOC =(Ct-Qe)/Ct
式中Ct為實(shí)際電池容量,與放電電流和溫度有關(guān)。DOC的值不僅與當(dāng)前狀態(tài)(SOC,溫度,電流等)有關(guān)而且與將來電池的放電情況有關(guān),因此DOC比SOC更能反映電池的實(shí)際情況。
充電接受能力(chargeacceptance):在蓄電池充電時(shí),用于進(jìn)行充電反應(yīng)的電流與總的充電電流之比。
即:a=IA/I
a——充電接受能力
IA——用于進(jìn)行充電反應(yīng)的那部分電流
I——總的充電電流
電池放電的電壓拐點(diǎn):通過電池的放電實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池的電壓降到某點(diǎn)時(shí),繼續(xù)放電其電壓會急劇下降,dv/dt數(shù)值很大,該點(diǎn)稱為拐點(diǎn)。該點(diǎn)標(biāo)示了電池電量已告罄,在拐點(diǎn)之下工作會造成對電池壽命的損害。如圖1.1所示。電池的實(shí)際容量就是電壓下降到拐點(diǎn)前所能釋放的電量。
放電率:指用放電時(shí)間來表示的電池放電速率,用公式表示如下:放電電流電池容量
放電率( h)=電視容量/放電電流
老化:電池在開始使用初期的一段時(shí)間內(nèi),電池容量增加大約5%——15%。接下來的一段時(shí)間,電池容量基本不變。然后就開始逐漸減少。當(dāng)電池容量衰減到額定容量80%時(shí),就可以認(rèn)為電池的壽命結(jié)束了。
充放電周期
充放電周期(Cycle):電池從充電開始到放電,再到下一次充電開始前稱為一個(gè)充放電周期。
循環(huán)壽命(Cycle_Life):蓄電池在其實(shí)際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電周期數(shù)。通常用來定義蓄電池的使用壽命。一般來講,放電深度不同,電池壽命也不同。
恢復(fù)效應(yīng):電池在非連續(xù)放電的條件下,放電一段時(shí)間后,空載開路或從大電流變?yōu)樾‰娏鞣烹?,電池?nèi)部的電荷將進(jìn)行重新分布而至平衡,這時(shí)電池的端電壓回升,在小電流放電下仍能放出一定電量。
自放電現(xiàn)象(Self-Discharge):電池在不工作時(shí)由于內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)造成的電池容量下降的現(xiàn)象。通常與時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān),環(huán)境溫度越高自放電現(xiàn)象越明顯,所以在一段時(shí)間不用電池要定期對電池進(jìn)行補(bǔ)充電,并在適宜的溫度和濕度下進(jìn)行保存。
歷史檔案:電池自出廠以來的關(guān)鍵數(shù)據(jù),如電池出廠日期、標(biāo)稱容量、使用總安時(shí)數(shù)和過充過放記錄等信息。
電池運(yùn)行狀態(tài)SOR(StateOf Running):為了評價(jià)電池在充放電過程中所表現(xiàn)出的性能,而給出電池的運(yùn)行表現(xiàn)評估值。SOR分為1到10十級,SOR為10表示電池運(yùn)行性能很好,為1表示電池的運(yùn)行性能非常差,急需更換。
電池健康程度DOH(DegreeOf Health):為了評價(jià)綜合電池性能而給出一個(gè)健康程度評估值。DOH分為1到10十級,DOH為(7-10)表示電池性能正常,為(4-6)表示電池需要維護(hù),為(1-3)表示的電池性能很差應(yīng)更換。
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