答电池的作用是储蓄电能,蓄电池在充电过程中,充电时利用外部的电能使内部活性物质再生,将电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能输出。各种蓄电池的基本工作原理为电能化学能电能化学能的可逆变换过程,能够反复使用,通常将能够把化学能转换为电能的电池称为蓄电池。 自20世纪70年代以来,各种高能蓄电池问世,它们在比能量和比功率方面有很大提高,在第二代混合动力汽车上,大多数采用了高能蓄电池,各种高能蓄电池的作用仍然是储存电能,也仍然是按照电能-化学能电能化学能的可逆变换过程来工作的,能量转换受到“活性物质”的局限。高能蓄电池的不断发展,使混合动力汽车的动力性能不断提高,一次充电后的续驶里程也不断延长,蓄电池主要性能指标如下。
(1)电压(V)。
①电动势:外电路断开,即没有电流通过电池时在正、负极间量得的电位差。
②开路电压:电池在开路时的端电压,通常开路电压与电动势近似相等。
③额定电压:电池在标准规定条件下工作时需达到的电压。
④工作电压(负载电压、放电电压):在电池两端接上负载后,在放电过程中显示出的电压。
⑤终止电压:电池在一定标准所规定的放电条件下放电时,电池的电压将慢慢降低,当电池不宜再继续放电时,电池的最低工作电压。
(2)电池容量(A·h)。
①理论容量:根据蓄电池活性物质的特性,按照法拉第定律计算出的最高理论值,通常用质量容量(A·h/kg)或体积容量(A·h/L)来表示。
②实际容量:在一定条件下所能输出的电量,等于放电电流和放电时间的乘积。
③标称容量(公称容量):用来鉴别电池适当的近似容量值,因为没有指定放电条件所以只标明电池的容量范围而没有确切值。
④额定容量(保证容量):按一定标准所规定的放电条件,电池应放出的最低限度的容量。
⑤荷电状态(SOC):指参加反应电池容量的变化。SOC=1即表示电池为充满状态,随着蓄电池放电,蓄电池的电荷逐渐减少,这时,可以用SOC的百分数来表示蓄电池中电荷的变化状态,通常蓄电池放电高效率区SOC为50%~80%。对SOC精确的实时辨识,是电池管理系统的一个关键技术。
(3)能量(W·h、kW·h)电池的能量决定电动汽车的行驶距离①标称能量:按照一定标准所规定的条件下,电池所输出的能量,是电池的额定容量和额定电压的乘积。
②实际能量:在一定条件下电池所能输出的能量,是电池的实际容量和平均工作电压的乘积。
③比能量(Wh/kg):参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小,通俗讲是指动力电池组单位质量中所能输出的能量。表2-6为各种电池的比能量。
④能量密度(W·h/L):是指动力电池组单位体积中所能输出的能量。
(4)功率(W、kW)在一定的放电制度下,电池在单位时间内所输出的能量,电池的功率决定混合动力汽车的加速性能。
①比功率(W/kg):是指电池单位质量中所具有的电能的功率。
②功率密度(W/L):是指电池单位体积中所具有的电能的功率。
(5)电池的内阻电流通过电池内受到的阻力,使电池的电压降低,此阻力称为电池的内阻。因为电池的内阻作用,使电池在放电时端电压低于电动势和开路电压;在充电时充电的端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻越小越好。
(6)循环次数(次)蓄电池的工作是一个不断充电-放电-再充电的循环过程,按照定标准的规定放电,当电池的容量降到某一个规定值以前,就要停止继续放电,然后就需要充电方可继续使用,在每一个循环中,电池中的化学活性物质要发生一次可逆性的化学反应。随着充电与放电次数的增加,电池中的化学活性物质会发生老化变质,化学功能逐渐降低,使电池的充电和放电的效率逐渐降低,最后电池损失全部功能而报废。蓄电池充电与放电的循环次数与电池的充电和放电的形式、电池的温度和放电深度相关,放电深度“浅”时,有利于延长电池的寿命。尤其是电池在混合动力汽车上的使用环境,包括电池组中各个电池的均衡性、安装、固定方式、所受的振动及线路的安装等,都会影响电池的工作循环次数,直至最后完全丧失其充电与放电的功能而报废。
(7)使用年限(年) 电池除了以循环次数表示使用时间外，一般还要用电池的使用年限来表示电池的寿命。
(8)放电速率(放电率) 通常用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示。
①时率:电池以某种电流强度放电直至电池的电压降低到终止电压时所经过的放电时间。
②倍率:电池以某种电流强度放电的数值是额定容量数值的倍数。
(9)自放电率 因为电池的局部作用造成的电池容量的消耗,容量损失和搁置之前的容量之比称为蓄电池的自由放电率,自放电率用单位时间(月/年)内电池容量下降的百分数来表示。
(10)成本 电池的成本与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关,目前新开发的高比能量的电池成本较高,使混合动力汽车的造价也居高不下,开发和研制高效、低成本的电池是电动汽车发展的关键。
除上述主要性能指标外,还要求电池无毒性,对周围环境不会产生污染或腐蚀,使用安全,有良好的充电性能,充电操作方便,耐振动,无记忆性,对环境温度变化不敏感,易于调整及维护等。
