鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1704次 | 2021年05月17日
什么是鋰離子電池？鋰離子電池性能各參數(shù)解析
電壓（Ｖ）
開(kāi)路電壓，顧名思義，即電池外部不接任何負(fù)載或電源，測(cè)量電池正負(fù)極之間的電位差，即為電池的開(kāi)路電壓。工作電壓，與開(kāi)路電壓相對(duì)應(yīng)，即電池外接上負(fù)載或電源，有電流流過(guò)電池，測(cè)量所得的正負(fù)極之間的電位差。
由于電池內(nèi)阻的存在，放電狀態(tài)時(shí)（外接負(fù)載），工作電壓低于開(kāi)路電壓，充電時(shí)（外接電源）的工作電壓高于開(kāi)路電壓。
電池容量（Ah）
能夠容納或釋放的電荷Q，Q=It，即電池容量（Ah）＝電流（A）x放電時(shí)間（h），單位一般為Ah（安時(shí)）或mAh（毫安時(shí)）。
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%
比如車(chē)內(nèi)蓄電池標(biāo)注16Ah，那么在工作時(shí)電流為1A的時(shí)候，理論上可以使用16小時(shí)。
電池能量（Wh）
電池儲(chǔ)存的能量，單位為Wh（瓦時(shí)），能量（Wh）＝電壓（V）×電池容量（Ah）。
如下圖，為標(biāo)識(shí)為3.7V/10000mAh的電池，其能量為37Wh，而假如我們把4節(jié)這樣的電池串聯(lián)，就組成了一個(gè)電壓是14.8V，容量為10000mAh的電池組，雖然沒(méi)有提高電池容量，但總能量確提高了4倍。
（寫(xiě)到這兒筆者看了一下自己的充電寶標(biāo)識(shí)，特意搜索了下民航規(guī)定不能攜帶超過(guò)160Wh…）
IP67防水，充放電分口 安全可靠
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
復(fù)習(xí)了高中知識(shí)，我們下面來(lái)一點(diǎn)干貨...
能量密度（Wh/L&Wh/kg）
單位體積或單位質(zhì)量電池釋放的能量。
假如是單位體積，即體積能量密度（Wh/L），很多地方直接簡(jiǎn)稱(chēng)為能量密度；
假如是單位質(zhì)量，就是質(zhì)量能量密度（Wh/kg），很多地方也叫比能量。
如一節(jié)鋰離子電池重300g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為123Wh/kg。
根據(jù)16年公布的節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖，我們可以大概對(duì)動(dòng)力鋰電池發(fā)展趨勢(shì)有一個(gè)概念，下圖所示，到2020年，純電動(dòng)汽車(chē)電池單體比能量要達(dá)到350Wh/kg
功率密度（W/L&W/kg）
將能量除以時(shí)間，便得到功率，單位為W或kW。同樣道理，功率密度是指單位質(zhì)量（有些地方也直接叫比功率）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)電池是否滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)加速性能的重要指標(biāo)。
比能量和比功率究竟有什么差別？
舉個(gè)形象的例子：
比能量高的動(dòng)力鋰電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長(zhǎng)時(shí)間工作，保證汽車(chē)?yán)m(xù)航里程長(zhǎng)；
比功率高的動(dòng)力鋰電池就像龜兔賽跑里的兔子，速度快，可以供應(yīng)很高的瞬間電流，保證汽車(chē)加速性能好；
電池放電倍率（C）
放電倍率是指在規(guī)按時(shí)間內(nèi)放出其額定容量（Q）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)。即：充放電電流（A）/額定容量（Ah），其單位一般為C(C-rate的簡(jiǎn)寫(xiě))，如0.5C，1C，5C等
舉個(gè)例子，關(guān)于容量為24Ah電池來(lái)說(shuō)：
用48A放電，其放電倍率為2C，反過(guò)來(lái)講，2C放電，放電電流為48A，0.5小時(shí)放電完畢;
用12A充電，其充電倍率為0.5C，反過(guò)來(lái)講，0.5C充電，充電電流為12A，2小時(shí)充電完畢;
電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來(lái)。
荷電狀態(tài)（%）
SOC，全稱(chēng)是StateofCharge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池放電后剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值。
其取值范圍為0~1，當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全，當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿(mǎn)。電池管理系統(tǒng)（BMS）就是重要通過(guò)管理SOC并進(jìn)行估算來(lái)保證電池高效的工作，所以它是電池管理的核心。
目前SOC估算重要有開(kāi)路電壓法、安時(shí)計(jì)量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法等，我們以后再詳細(xì)解讀。
內(nèi)阻
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。包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，其中：歐姆內(nèi)阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻；極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻。
用數(shù)據(jù)說(shuō)話，下圖表示一電池放電曲線，X軸表示放電量，Y軸表示電池開(kāi)路電壓，電池理想放電狀態(tài)為黑色曲線，紅色曲線是考慮到電池內(nèi)阻時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。
圖示：Qmax為電池最大化學(xué)容量；Quse為電池實(shí)際容量；Rbat表示電池的內(nèi)阻；EDV為放電終止電壓；I為放電電流；
從圖中可以看出，電池實(shí)際容量Quse<電池理論上的最大化學(xué)容量Qmax。由于電阻的存在，電池的實(shí)際容量會(huì)降低。我們也可以看到，電池實(shí)際容量Quse取決于兩個(gè)因素：放電電流I與電池內(nèi)阻Rbat的乘積，以及放電終止電壓EDV是多少。要指出的是電池內(nèi)阻Rbat會(huì)隨著電池的使用而逐漸增大。
內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(m)，內(nèi)阻大的電池，在充放電的時(shí)候，內(nèi)部功耗大，發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)造成電池的加速老化和壽命衰減，同時(shí)也會(huì)限制大倍率的充放電應(yīng)用。所以，內(nèi)阻做的越小，電池的壽命和倍率性能就會(huì)越好。通常電池內(nèi)阻的測(cè)量方法有交流和直流測(cè)試法。
自放電
電池自放電，是指在開(kāi)路靜置過(guò)程中電壓下降的現(xiàn)象，又稱(chēng)電池的荷電保持能力。
一般而言，電池自放電重要受制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件的影響。自放電按照容量損失后是否可逆劃分為兩種：容量損失可逆，指經(jīng)過(guò)再次充電過(guò)程容量可以恢復(fù)；容量損失不可逆，表示容量不能恢復(fù)。
目前對(duì)電池自放電原因研究理論比較多，總結(jié)起來(lái)分為物理原因（存儲(chǔ)環(huán)境，制造工藝，材料等）以及化學(xué)原因（電極在電解液中的不穩(wěn)定性，內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，活性物質(zhì)被消耗等），電池自放電將直接降低電池的容量和儲(chǔ)存性能。
壽命
電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)參數(shù)。循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。即在理想的溫濕度下，以額定的充放電電流進(jìn)行充放電，計(jì)算電池容量衰減到80%時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。
日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)特定的使用工況，達(dá)到壽命終止條件(容量衰減到80%)的時(shí)間跨度。日歷壽命與具體的使用要求緊密結(jié)合的，通常要規(guī)定具體的使用工況，環(huán)境條件，存儲(chǔ)間隔等。
循環(huán)壽命是一個(gè)理論上的參數(shù)，而日歷壽命更具有實(shí)際意義。但日歷壽命的測(cè)算復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)。
上圖為一三元鋰離子電池的充放電特性圖，可以看出，不同的充放電方式對(duì)電池的壽命影響不相同，如上圖數(shù)據(jù)，以25%-75%充放電的壽命可以達(dá)到2500次，即我們所說(shuō)的電池淺充淺放。電池壽命這個(gè)話題我們以后還會(huì)深入討論。
電池組的一致性
這個(gè)參數(shù)比較有意思，即使是同一規(guī)格型號(hào)的電池單體在成組后，電池組在電壓、容量、內(nèi)阻、壽命等性能有很大的差別，在電動(dòng)汽車(chē)上使用時(shí)，性能指標(biāo)往往達(dá)不到單體電池的原有水平。
目前比較合理的解釋?zhuān)?/p>
單體電池在制造出來(lái)后，由于工藝的問(wèn)題，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不完全一致，本身存在一定性能差異。初始的不一致隨著電池在使用過(guò)程中持續(xù)的充放電循環(huán)而累計(jì)，再加上電池組內(nèi)的使用環(huán)境關(guān)于各單體電池也不盡相同，導(dǎo)致各單體電池狀態(tài)出現(xiàn)更大的差異，在使用過(guò)程中逐步放大，從而在某些情況下使某些單體電池性能加速衰減，并最終引發(fā)電池組過(guò)早失效。
要指出的是，動(dòng)力鋰電池組的性能決定于電池單體的性能，但絕不是單體電池性能的簡(jiǎn)單累加。由于單體電池性能不一致的存在，使得動(dòng)力鋰電池組在電動(dòng)汽車(chē)上進(jìn)行反復(fù)使用時(shí)，出現(xiàn)各種問(wèn)題而導(dǎo)致壽命縮短。
除了要求在生產(chǎn)和配組過(guò)程中，嚴(yán)格控制工藝和盡量保持單體電池的一致性外，目前行業(yè)普遍采用帶有均衡功能的電池管理系統(tǒng)來(lái)控制電池組內(nèi)電池的一致性，以延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。
化成
我們說(shuō)說(shuō)最后一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)重要和電池的制造工藝有關(guān)。
電池制成后，要對(duì)電芯進(jìn)行小電流充電，將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，在負(fù)極表面形成一層鈍化層SEI（solidelectrolyteinterface）膜，使電池性能更加穩(wěn)定，電池經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)的性能，這一過(guò)程稱(chēng)為化成。
