【干貨】知道了這些個(gè)參數(shù) 就拿到了“動力電池”的鑰匙

2017-10-14 16:58:02 汽車人參考　點(diǎn)擊量：評論 (0)

作為一篇入門的文章，筆者先跟大家分享一下動力電池的性能參數(shù)，雖然這些個(gè)參數(shù)都比較偏理論敘述，但是卻是動力電池最基本的元素，就像一把鑰匙，通過它們才能評價(jià)動力電池的好壞，才能打開這扇大門。我們先來復(fù)

內(nèi)阻

內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(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。

需要指出的是電池內(nèi)阻Rbat會隨著電池的使用而逐漸增大。

內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(mΩ)，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，會造成電池的加速老化和壽命衰減，同時(shí)也會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越好。通常電池內(nèi)阻的測量方法有交流和直流測試法。

自放電

電池自放電，是指在開路靜置過程中電壓下降的現(xiàn)象，又稱電池的荷電保持能力。

一般而言，電池自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。

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)過再次充電過程容量可以恢復(fù)；容量損失不可逆，表示容量不能恢復(fù)。

目前對電池自放電原因研究理論比較多，總結(jié)起來分為物理原因（存儲環(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，通常需要規(guī)定具體的使用工況，環(huán)境條件，存儲間隔等。

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。但日歷壽命的測算復(fù)雜，耗時(shí)長，所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)。

上圖為一三元鋰電池的充放電特性圖，可以看出，不同的充放電方式對電池的壽命影響不一樣，如上圖數(shù)據(jù)，以25%-75%充放電的壽命可以達(dá)到2500次，即我們所說的電池淺充淺放。電池壽命這個(gè)話題我們以后還會深入討論。

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，在電動汽車上使用時(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：

單體電池在制造出來后，由于工藝的問題，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程中連續(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)境對于各單體電池也不盡相同，導(dǎo)致各單體電池狀態(tài)產(chǎn)生更大的差異，在使用過程中逐步放大，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)電池組過早失效。

需要指出的是，動力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單累加。由于單體電池性能不一致的存在，使得動力電池組在電動汽車上進(jìn)行反復(fù)使用時(shí)，產(chǎn)生各種問題而導(dǎo)致壽命縮短。

除了要求在生產(chǎn)和配組過程中，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)來控制電池組內(nèi)電池的一致性，以延長產(chǎn)品的使用壽命。

化成

我們說說最后一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)主要和電池的制造工藝有關(guān)。

電池制成后，需要對電芯進(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)過化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)的性能，這一過程稱為化成。

化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性，使最終電池組的性能提高，化成容量是篩選合格電池的重要指標(biāo)。下圖為SEI膜，像不像黑色的玫瑰花。