电动汽车上的动力电池主要是化学电池,即利用化学反应发电的电池,可以分为原电池、蓄电池和燃料电池;物理电池一般作为辅助电源使用,如超级电容器。 动力电池是电动汽车的储能装置,要评定动力电池的实际效应,主要是看其性能指标。 动力电池性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等,根据动力电池种类不同,其性能指标也有差异。 1.电压： 电池电压主要有端电压、标称(额定)电压、开路电压、工作电压、充电终止电压和放电终止电压等。 (1)端电压电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。 (2)标称电压标称电压也称额定电压,是指电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。铅酸蓄电池的标称电压是2V,金属氢化物镍蓄电池的标称电压为1.2V,磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V,锰酸锂离子电池的标称电压为3.7V。 (3)开路电压电池在开路条件下的端电压称为开路电压,即电池在没有负载情况下的端电压。 (4)工作电压工作电压也称负载电压,是指电池接通负载后处于放电状态下的端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。 (5)充电终止电压：蓄电池充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续充电,电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压。铅酸蓄电池的充电终止电压为2.7~2.8V,金属氢化物镍蓄电池的充电终止电压为1.5V,锂离子蓄电池的充电终止电压为4.25V。 (6)放电终止电压：放电终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时,电池的电压将逐渐降低,当电池再不宜继续放电时,电池的最低工作电压称为放电终止电压。 如果电压低于放电终止电压后电池继续放电,电池两端电压会迅速下降,形成深度放电。这
样,极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复,从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关,放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下,放电电流越大,电池的容量越小。金属氢化物镍蓄电池的放电终止电压为1V,锂离子蓄电池的放电终止电压为3.0V。
2.容量：
容量是指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的电量,单位为A·h或kA·h,它等于放电电流与放电时间的乘积。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量,而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定,通常电池体积越大,容量越高。电池的容量可以分为额定容量、n小时率容量、理论容量、实际容量、荷电状态等。
(1)额定容量额定容量是指在室温下完全充电的蓄电池以I1(A)电流放电,达到终止电压时所放出的容量。
(2)n小时率容量n小时率容量是指完全充电的蓄电池以n小时率放电电流放电,达到规定终止电压时所释放的电量。
(3)理论容量：理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论值。
为了比较不同系列的电池,常用比容量的概念,即单位体积或单位质量的电池所能给出的理论电量,单位为A·h/L或A·h/kg。
(4)实际容量实际容量也称可用容量,是指蓄电池在一定条件下所能输出的电量,它等于放电电流与放电时间的乘积,其值小于理论容量。实际容量反映了蓄电池实际存储电量的大小,蓄电池容量越大,电动汽车的续驶里程就越远。在使用过程中,电池的实际容量会逐步衰减。国家标准规定新出厂的电池实际容量大于额定容量值为合格电池。
(5)荷电状态：荷电状态( state of charge,SOC)是指蓄电池在一定放电倍率下,剩余电量与相同条件下额定容量的比值,反映蓄电池容量变化的特性。SOC=1即表示蓄电池为充满状态。随着蓄电池的放电,蓄电池的电荷逐渐减少,此时蓄电池的充电状态可以用SOC值的百
分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般蓄电池放电高效率区为50%～80%SOC。对蓄电池SOC值的估算已成为电池管理的重要环节。
3.内阻：
电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力,一般是蓄电池中电解质、正负极群、隔板等电阻的总和。电池内阻越大,电池自身消耗掉的能量越多,电池的使用效率越低。内阻很大的电池在充电时发热很严重,使电池的温度急剧上升,对电池和充电机的影响都很大。随着电池使用次数的增多,由于电解液的消耗及电池内部化学物质活性的降低,蓄电池的内阻会有不同程度的升高。电池内阻通过专用仪器测量得到。
绝缘电阻是电池端子与电池箱或车体之间的电阻。
4.能量：
电池的能量是指在一定放电制度下,电池所能输出的电能,单位为W·h或kW·h。
它影响电动汽车的续驶里程。电池的能量分为总能量、理论能量、实际能量、比能量、能量密度、充电能量、放电能量等。
(1)总能量：总能量是指蓄电池在其寿命周期内电能输出的总和。
(2)理论能量：理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积,指一定标准所规定的放电条件下,电池所输出的能量。
(3)实际能量：实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积,表示在一定条件下电池所能输出的能量。
(4)比能量：比能量也称质量比能量,是指电池单位质量所能输出的电能,单位为W·h/kg。常用比能量来比较不同的电池系统。
比能量有理论比能量和实际比能量之分。理论比能量是指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量;实际比能量是指1kg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响,电池的实际比能量远小于理论比能量。
电池的比能量是综合性指标,它反映了电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程,是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。
(5)能量密度：能量密度也称体积比能量,是指电池单位体积所能输出的电能,单位为W·h/L。
(6)充电能量：充电能量是指通过充电机输入蓄电池的电能。
(7)放电能量：放电能量是指蓄电池放电时输出的电能。
5.功率：
电池的功率是指电池在一定的放电制度下,单位时间内所输出能量的大小,单位为W或kW。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。
(1)比功率：单位质量电池所能输出的功率称为比功率,也称质量比功率,单位为W/kg或kW/kg。
(2)功率密度：从蓄电池的单位质量或单位体积所获取的输出功率称为功率密度,单位为W/kg或W/L。从蓄电池的单位质量所获取的输出功率称为质量功率密度;从蓄电池的单位体积电池所获取的输出功率称为体积功率密度。
6.输出效率：
动力电池作为能量存储器,充电时把电能转化为化学能储存起来,放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中,有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。
(1)容量效率：容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比,即
式中,nc为电池的容量效率;C。为电池放电时输出的容量,A·h;Ci为电池充电时输入的容量,A·h。
影响电池容量效率的主要因素是副反应。当电池充电时,有一部分电量消耗在水的分解上。此外,自放电以及电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也降低容量输出。
(2)能量效率：能量效率也称电能效率,是指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比,即
式中,nE为电池的能量效率;E。为电池放电时输出的能量,W·h;Ei为电池充电时输入的能量,W·h。
影响能量效率的原因是电池存在内阻,它使电池充电电压增加,放电电压下降。内阻的能量损耗以电池发热的形式损耗掉。
7.自放电率：
自放电率是指电池在存放期间容量的下降率,即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度,它表示蓄电池搁置后容量变化的特性。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示,其
表达式为：
9.使用寿命：
使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路或损坏而不能使用,以及容量达不到规范要求时电池使用失效,这时电池的使用寿命终止。
电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间,包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数,也称循环寿命。
除此之外,成本也是一个重要的指标。目前,电动汽车发展的瓶颈之一就是电池价格高。
