EETALK——与大家一起聊聊电池分类与基本概念
本期我要和大家聊聊电池相关的内容。 你应该熟悉电池，从电动玩具、遥控器用的干电池，电动玩具用的镍氢充电电池，到12v、24v铅酸汽车电池。 从电池到笔记本电脑和电动汽车常用的锂离子电池，电池已应用于电动工具、电动汽车和自行车、航空航天、太阳能和风力发电及储能等多个领域。 为了更好的应用电池，我开了这个话题和大家一起讨论。 首先介绍一下电池的分类和工作原理。
电池的分类方法有很多种。 根据电池能量可分为化学电池、物理电池、生物电池。
在化学电池中，可以进行以下细分：
根据电池能否重复使用，可分为一次电池和二次电池
原电池和二次电池有哪些相同点和不同点？
•原电池只能放电一次，而二次电池可以反复充放电。
•二次电池在放电过程中电极体积和结构会发生可逆变化，因此在设计时必须调整这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它们不需要针对这些可逆变化进行调整。
•一次电池的质量比容量和体积比容量比普通充电电池大，但内阻（0.2-0.5Ω）比二次电池大得多，因此负载容量较低
•此外，一次电池的自放电比二次电池小得多。
常见的原电池是锌锰干电池。 外观及工作原理如图
这种电池成本低且不能重复使用。
常见的二次电池包括电子手表中常用的镍氢电池、汽车电池中常用的铅酸电池以及目前电动工具和电动飞机以及电动汽车和自行车中使用的锂离子电池。
铅酸电池的工作原理
镍氢电池的工作原理
镍氢电池的标称电压为1.2V；
能量密度55Wh/kg~70Wh/kg；
功率密度160W/kg~500W/kg；
工作温度-28℃~+50℃；
循环寿命大于1000次（DOD=100%）。
DOD 深度为 .
锂离子电池的工作原理
现有二次电池对比如下
从图中可以看出，锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度，已逐渐成为主流选择。 铅酸电池虽然成本低，但体积大、能量密度低。 镍氢电池的电压水平较低，一般每节只有1.2V。 因此，锂离子电池逐渐受到市场的青睐。
在了解电池特性之前，需要先普及一下电池行业的一些术语。
1、标称容量
•又称额定容量，是指电池在一定的放电条件下应提供的最小电量。
•IEC标准规定：镍氢电池在20±5℃的环境下，以0.1C充电16小时，再以0.2C放电至1.0V，所放出的电量为额定容量电池，以C5为代表；
•电池容量C=It，单位为Ah、mAh（1Ah=）。
•C 默认为1C，无角标记。
2、放电及放电倍率
•放电是指电池向外电路提供电流的过程
•放电率是指放电发生的速率。 最常用的放大倍数（几个C）表示为等于额定容量倍数的数值。
例如：容量C=电池，以0.2C放电，则放电电流I=0.2*600=120mA。
我们通常所说的0.2C、1C容量是在0.2C5、1C放电倍率条件下释放的容量。
3、开路电压、端电压、标称电压
•开路电压：当外部电路断开时，电池两端之间的电位差。
• 端子电压：电池输入电流时电池两端之间的电位差。
•标称电压：电池标称电压是指正常工作（小电流、轻载）时显示的电压。 二次镍氢电池和镍镉电池的标称电压为1.2V。 二次锂离子电池的标称电压为1.2V。 电池的标称电压为3.6V或3.7V，铅酸电池的标称电压为2.0V，锌锰干电池的标称电压为1.5V。
4. 终止电压、中点电压
•终止电压
电池放电时，电压下降到不适合继续放电的最低工作电压（该值与放电电流有关）。 例如：镍氢电池0.2C、1C放电通常设置为1.0V；
•中点电压（中位电压）
指电池置于50%容量时的电压。 主要用于衡量大电流放电串联电池的高倍率放电能力，是电池的重要指标。
5、比容量和比能量
•比容量是指电池单位体积或重量所给出的容量，称为重量比容量或体积比容量。
计算公式：C”=C/G(Ah/kg)、C”=C/V(Ah/L)。
•比能量是指单位体积或重量的电池所给出的能量，称为重量比能量或体积比能量。
计算公式：E”=E/G(Wh/kg)、E”=E/V(Wh/L)。
•比容量和比能量的区别在于比能量引入了电池电压的参考。 镍氢电池的比容量高于锂离子电池，比能量低于锂离子电池。 这是因为镍氢电池的电压为1.2V，锂离子电池的电压为3.6V。
6. 系统芯片
电池的荷电状态（即SOC），即电池的剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止电池因过充或过放而损坏，从而随时预测储能情况电动汽车或混合动力汽车的电池容量。 剩余多少能量或储能电池的充电状态。
•常用的SOC估计算法
1) 一小时法/库仑累积法(-)
2）开路电压法（open-，OCV）
3）卡尔曼滤波法（ ）
4）神经网络模型方法（model）
7.储存寿命、循环寿命、健康状况
•储存寿命
电池在规定条件下的储存期限。 储存结束时，电池仍能保持规定的性能。
•循环寿命
电池在失效之前可以实现的充电和放电循环次数。
•健康状况
电池的SOH（State of）是电池的健康状态。 它是反映电池整体性能及其在一定条件下释放电能能力的参数。 定义为SOH=Qnow/Qnew，即一定条件下电池的总可放电功率占新电池功率的比例。
8. 内组
•电池内阻是指电池工作时电流流经电池内部的阻力。 一般分为交流内阻和直流内阻。 由于充电电池的内阻很小，在测量直流内阻时，电极容量极大。 ，造成内阻极化，因此无法测量其真实值。 但测量其交流内阻可以避免极化内阻的影响，得到真实的内阻值。
•欧姆内阻主要指电极材料、电解液、隔膜电阻以及各部件的接触电阻，与电池的尺寸、结构、装配等有关。
9. 自放电
•电池在充电或存放时由于各种原因造成容量损失的现象。 （主要受温度影响）
如果您正在设计电池供电的部件，您会倾向于为哪种应用选择哪种电池？为什么？
免责声明：以上概念及图片均来自网络及文献。 参考文献如下：《电池混合动力汽车基础知识》
陈清泉、孙逢春编 北京理工大学出版社
•“现代电动汽车、电机驱动和电力电子技术”
陈清泉院士论文选录 机械工业出版社
•“电动汽车简介”
李星虎主编 北京理工大学出版社
•《燃料电池电动汽车》
陈全实、邱斌、谢其成等编，清华大学出版社
•《奥林匹克纯电动客车技术与应用》
林成、王燕生、孟祥峰编，北京理工大学出版社
•《锂离子电池原理与关键技术》
黄克龙、王兆祥、刘素琴编，化学工业出版社
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