蓄电池的作用是储蓄电能,蓄电池在充电过程中,电能通过蓄电池内活性物质的化学变化转变为化学能储存在蓄电池内。蓄电池在放电过程中,通过蓄电池内活性物质的化学变化,将化学能转变为电能由蓄电池输出。各种蓄电池的基本工作原理是电能→化学能→电能→化学能的可逆变换过程,能够反复使用。 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的提高,在第二代混合动力汽车上,大多数采用了高能蓄电池,但各种高能蓄电池的作用仍然是储存电能,也仍然是按电能→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 电池正极和负极之间的电位差E②开路电压 电池在开路时的端电压般开路电压与电池的电动势近似相等。 ③额定电压 电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。 ④工作电压(负载电压、放电电压) 在电池两端接上负载R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,电池的电压将逐渐降低,当电池不宜再继续放电时,电池的最低工作电压称为终止电压。 (2)电池容量(A·h)①理论容量 根据蓄电池活性物质的特性,按法拉第定律计算出的最高理论值,一般用质量容量(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,等于放电电流与放电时间的乘积。 ③标称容量(公称容量) 用来鉴别电池适当的近似容量值,
由于没有指定放电条件,因此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,电池应该放出的最低限度的容量。
⑤荷电状态(SOC) 是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,此时可以用SOC的百分数的相对量来表示蓄电池中电荷的变化状态。一般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 按一定标准所规定的放电条件下,电池所输出的能量,电池的标称能量是电池的额定容量与额定电压的乘积。
②实际能量 在一定条件下电池所能输出的能量,电池的实际能量是电池的实际容量与平均工作电压的乘积。电池的质量包括电池本身结构件质量和电解液质量的总和。
③比能量(W·h/kg) 指动力电池组单位质量中所能输出的能量。表2-8为各种电池的比能量。
④能量密度(W·h/L) 动力电池组的能量密度是指动力电池组单位体积中所能输出的能量。
(4)功率(W、kW)电池的功率是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) 电池的比功率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)电池的功率密度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部时受到的阻力,使电池的电压降低,此阻力称为电池的内阻。由于电池的内阻作用,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。
(6)循环次数(次)蓄电池的工作是一个不断充电→放电→充电→放电的循环过程,按一定标准的规定放电,当电池的容量降到某一个规定值以前,停止继续放电,需要充电才能继续使用。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。随着充电和放电次数的增加,电池中的化学活性物质会发生老化变质,逐渐削弱其化学功能,使电池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。蓄电池充电和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有关,放电深度浅时,有利于延长电池的寿命。特别是电池在电动汽车上的使用环境,包括电池组中各个电池的均衡性、安装、固定方式、所受的振动和线路的安装等,都会影响电池的工作循环次数。
(7)使用年限(年)电池除了以循环次数表示使用时间外,通常还要用电池的使用年限来表示其寿命。
(8)放电速率(放电率)放电速率(放电率)一般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到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为额定容量数值的倍数。
(9)自放电率自放电率指电池在存放时间内,在没有负荷的条件下自身放电,使电池容量损失的速度,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)成本电池的成本是与电池的技术含量、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,使电动汽车的造价也较高,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、对周围环境不会造成污染或腐蚀,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,易于调整和维护等。
