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锂电芯一些常规的概念与指标

嵌入式微处理器  · 公众号  ·  · 2024-09-20 12:09

正文


1、为何选择锂电?

现在大部分动力电池都还是锂电,当然也逐步开始有量产的钠离子电芯,不过还不是主角。

1、高能量密度

锂电池具有较高的能量密度,能够在相对较小的体积和重量下相对而言存储更多的电能。

2、良好的充放电性能

锂电池具有较高的充电效率和放电效率,能够更有效地利用电能,减少能量损失。

3、长寿命和稳定性

锂电池通常具有较长的循环寿命和较低的自放电率,能够在更长的时间内保持稳定的性能,延长电动汽车的使用寿命,减少维护和更换成本。

4、相对安全和可靠

现代锂电池配备了多种安全保护措施,能够有效预防过充、过放和短路等问题,大大减少了电动汽车发生火灾或爆炸的风险。

2、锂电芯电压范围

单个锂离子电池的标称电压通常在3.6V到3.7V之间。这个电压是典型的锂离子电池的工作电压范围。

锂电池的充放电过程中,电压会有所变化。典型的锂离子电池充电时电压可以达到4.2V,放电时可以降至2.5V左右。超过或低于这些值可能会影响电池的性能、寿命甚至安全性。

对于大型应用如电动汽车,需要将多个锂电池单体组合成电池组,以达到所需的电压和容量。电动汽车电池组的工作电压一般在300V到400V之间,当然也有更高电压的,这是为了匹配电动机的电压需求,并且符合车辆的设计和性能要求。

不过,电池组可以通过将多个单体电池进行串联和并联来达到所需的电压和容量。串联可以增加电压,而并联则增加容量。

3、电芯电流

电流是电芯设计中的一个重要参数,影响着电池的安全性、性能和使用寿命, 最大充电/放电电流是指电池允许在安全范围内充电的最大电流。 一般以电池容量的倍率(C-rate)来表示,例如1C充电电流意味着电流等于电池容量的值。 举例来说,对于一个2000mAh电池,1C充电电流为2A。

高充/放电电流通常能够更快地充满电池,但如果超出了电池设计的最大充电电流,可能会导致电池过热或损坏;当然许多锂电池能够在短时间内提供超过其额定最大放电电流的瞬时电流,但这通常也是有限制的。

4、电芯容量

锂电芯的容量是衡量其能量存储能力的重要指标,通常以Ah(安时)/mAh来表示,电芯容量定义为电池或电池组在特定放电条件下能够供应的电荷总量。换句话说,它表示电池能够在特定放电率下(通常是C倍率)持续放电的时间,或者是在一个完整的充电/放电周期内能够存储的总电量。

例如,1Ah(安时)是电池或电池组的容量单位,表示电池在1小时内可以供给1安的电流,也可以在1小时内放出或储存1安时的电量。电芯的容量直接决定 了电池能够存储的电荷量或能量,较大容量的电池能够支持设备更长时间的使用。

5、电芯的SOC

锂电池芯片的SOC(State of Charge,电荷状态)是指当前锂电池中电荷的百分比,即锂电池已经充电的程度。SOC对于锂电池管理至关重要,因为它直接影响着电池的使用时间和性能 稳定性。

在实际应用中,电池管理系统会根据SOC来调整充电和放电过程,以最大化电池的使用效率和寿命。因此,精确地测量和管理SOC对于各种移动设备和电动车辆的设计和操作都至关重要。

6、电芯的内阻

锂电池芯片的内阻是指电池内部在电流通过时产生的电阻。这个内阻是由电池的化学结构、电解质和电极材料等因素决定的,并且会随着电池的充放电过程、温度变化和使用寿命而变化。

通常老化或损坏的电池通常会显示更高的内阻;电池的内阻随温度的升高而增加,因为高温会导致电解质的导电性降低,从而增加电阻;经过多次充放电循环后,电池的内部结构可能会发生变化,导致内阻增加。

所以这样看来,锂电池芯片的内阻大小是一个复杂的参数,受多种因素的影响。

电芯的直流内阻(DCIR)是指锂电池电芯在特定条件下(通常在标准温度和充电状态下)的内部电阻。这个参数通常以毫欧姆(mΩ)为单位,表示电池在直流放电时的电阻大小。

直流内阻反映了电池在高功率放电时的响应能力,较低的直流内阻意味着电池能够更有效地提供电流,减少能量损失和电池温升。直流内阻的测量通常通过在标准条件下施加一个直流电流,并测量其引起的电压下降来确定,即 [ {DCIR} = \{Delta V}/{Delta I} ] .

7、电芯的充放电效率

电芯的充放电效率是指电池在充电和放电过程中的能量转换效率,通常以百分比表示。一般的锂离子电池在充放电效率上通常可以达到比较高的水平,一般在90%以上,当然其充放电效率也受非常多因素影响:

在充电和放电过程中,电池内部发生化学反应。 这些化学反应的效率影响了能量的转换效率。

电池内部的电阻会导致能量的损失,这些损失以热量的形式释放出去。 内阻的大小和电池的设计以及材料选择密切相关。 低内阻能够减少损耗,提高充放电效率。

温度会影响电池的充放电效率。 通常来说,低温会降低电池的充电效率,因为电解质的活性降低。 高温则可能增加内阻并影响化学反应的效率。

8、电芯的自放电

电芯的自放电是指在没有外部电路连接的情况下,电池本身的电荷会逐渐流失,导致电池电量减少的现象。

锂离子电池的自放电速率通常比较低,一般在室温条件下,每月的自放电速率大约在1%以下。这意味着如果完全充电的锂离子电池放置一个月左右,其电量可能会减少约1%。当然不同的电芯设计和工艺也会影响其自放电速率。然而一般来说,温度越高,电池的自放电速率越快。因此,高温环境下的电池会比低温环境下的电池更快地失去电量。






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