新能源汽車對動力電池性能要求

新能源汽車對動力電池的性能要求新能源汽車對動力電池性能要求動力電池的性能參數(shù)011.動力電池的性能參數(shù)新能源電動汽車動力電池的能量密度、功率密度、充放電性能、成本、使用壽命、單體一致性和安全性等性能是影響電動汽車能否滿足實際運行需求，并且實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。1.動力電池的性能參數(shù)動力電池的端電壓是指動力電池正極和負極之間的電位差。動力電池在沒有負載情況下的端電壓叫開路電壓。電池的開路電壓取決于電池正負極材料的活性、電解質(zhì)和溫度條件等，而與電池的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸大小無關(guān)電池的電動勢等于組成電池的兩個電極的平衡電極電位之差。實際電池中兩個電極并非處于熱力學可逆狀態(tài)，這時電極電位為穩(wěn)定電極電位而非平衡電極電位，故電池的開路電壓理論上并不等于電池的電動勢，一般來說，電池的開路電壓和其電動勢近似相等。（1）電池的端電壓和電動勢5額定電壓

額定電壓也稱公稱電壓或標稱電壓，指的是在規(guī)定條件下電池工作的標準電壓。采用額定電壓可以區(qū)分電池的化學體系。1.動力電池的性能參數(shù)電池類型單體額定電壓/V鉛酸電池（VRLA）2鎳鎘電池（Ni-Cd）1.2鎳鋅電池（Ni-Zn）1.6鎳氫電池（Ni-MH）1.2鋅空氣電池（Zn/Air）1.2鋁空氣電池（Al/Air）1.4鈉氯化鎳電池（Na/NiCl2）2.5鈉硫電池（Na/S）2.0錳酸鋰電池（LiMn2O4）3.7磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）3.2常用不同電化學體系電池的單體額定電壓值6動力電池接上負載后處于放電狀態(tài)下的電壓稱為負載電壓，又稱為工作電壓。1.動力電池的性能參數(shù)工作電壓電池在接通負載后，由于歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻的存在，電池的工作電壓低于開路電壓，當然也必然低于電動勢。I——電池的工作電流；

E——電池的電動勢；

Rf——極化內(nèi)阻；

RΩ——歐姆內(nèi)阻。通常是指一個電壓范圍，例如鉛酸電池的工作電壓在2V-1.8V；鎳氫電池的工作電壓在1.5V—1.1V；鋰離子電池的工作電壓在3.6V—2.75V。71.動力電池的性能參數(shù)電池充放電結(jié)束時的電壓稱為終止電壓、分為充電終止電壓和放電終止電壓。放電終止電壓

對于所有二次電池（蓄電池），放電終止電壓都是必須嚴格規(guī)定的重要指標。放電終止電壓也稱為放電截止電壓，是指電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。根據(jù)電池的不同類型及不同的放電條件，對電池的容量和壽命的要求也不同，由此所規(guī)定的放電終止電壓也不同。一般而言，在低溫或大電流放電時，終止電壓規(guī)定得低些；

小電流長時間或間歇放電時，終止電壓值規(guī)定得高些。81.動力電池的性能參數(shù)電池充放電結(jié)束時的電壓稱為終止電壓、分為充電終止電壓和放電終止電壓。充電終止電壓指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定的范圍內(nèi)。

鎳鉻電池的充電電壓在1.45-1.5V

鋰離子電池的充電電壓在4.1V-4.2V

鉛酸蓄電池的充電電壓在2.25-2.5V。1.動力電池的性能參數(shù)放電時電池里輸出的電流稱為放電電流，充電時電池里流過的電流稱為充電電流，電池在放電或充電時所允許的電流最大值稱為最大允許電流。I=kCnI——蓄電池的充/放電電流，A；Cn——蓄電池的額定容量，A*h；k——比例系數(shù)。（2）電池的電流1.動力電池的性能參數(shù)電池的容量是指充滿電的電池在指定的條件下放電到終止電壓時輸出的電量，單位為A*h。電池的容量有理論容量、額定容量和實際容量之分。理論容量，即假定活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所能提供的電量。（3）電池的容量1.動力電池的性能參數(shù)電池的容量是指充滿電的電池在指定的條件下放電到終止電壓時輸出的電量，單位為A*h。電池的容量有理論容量、額定容量和實際容量之分。額定容量也叫標稱容量，是指在規(guī)定的條件下電池應(yīng)放出的電量。額定容量是制造廠標明的安時容量，作為驗收電池質(zhì)量的重要技術(shù)指標。（3）電池的容量1.動力電池的性能參數(shù)電池的容量是指充滿電的電池在指定的條件下放電到終止電壓時輸出的電量，單位為A*h。電池的容量有理論容量、額定容量和實際容量之分。實際容量是指充滿電的電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流和放電時間的乘積。（3）電池的容量大電流放電時，電極的極化增強，內(nèi)阻增大，放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，因此實際放出的容量較低。在低倍率放電條件下，放電電壓下降緩慢，電池實際放出的容量常常高于額定容量。1.動力電池的性能參數(shù)剩余容量是指在一定放電倍率下放電后，電池剩余的可用容量。剩余容量的估計和計算受到電池前期應(yīng)用的放電率、放電時間等因素以及電池老化程度、應(yīng)用環(huán)境等多種因素影響，所以在準確估算上存在一定的困難。電池的荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）描述電池剩余容量占額定容量的百分比，

與電池的容量相似，SOC也是電池放電率、工作環(huán)境溫度和電池老化程度的函數(shù)。（3）電池的容量141.動力電池的性能參數(shù)（3）電池的容量SOC的估算策略估算策略優(yōu)點缺點放電實驗法準確、可靠須中斷，時間長安時計量法計算簡單不夠準確開路電壓法在數(shù)值上接近電池電動勢需長時間靜置線性模型法模型簡單不夠準確內(nèi)阻法與SOC關(guān)系密切測量困難卡爾曼濾波法適合非線性模型需準確的模型算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法精度比較高需大量訓練方法和數(shù)據(jù)1.動力電池的性能參數(shù)電池的能量密度是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的能量，相應(yīng)地稱為質(zhì)量能量密度(W·h／kg)或體積能量密度(W·h／L)，也稱質(zhì)量比能量或體積比能量。在電動汽車應(yīng)用方面，蓄電池質(zhì)量比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比能量影響到蓄電池的布置空間。因而比能量是評價動力電池能否滿足電動汽車應(yīng)用需要的重要指標。同時，比能量也是比較不同種類和類型電池性能的一項重要指標。（4）電池的能量與能量密度16動力電池在電動汽車的應(yīng)用過程中,由于電池組安裝需要相應(yīng)的電池箱、連接線、電流電壓保護裝置等元器件，因此，實際的電池組比能量小于電池比能量，電池組比能量是在電動汽車應(yīng)用中更加重要的參數(shù)之一。電池比能量與電池組比能量之間的差距越小，電池的成組設(shè)計水平越高，電池組的集成度越高。因此，電池組的質(zhì)量比能量常常成為電池組性能的重要衡量指標。一般而言，電池組的質(zhì)量比能量比電池比能量低20%以上。1.動力電池的性能參數(shù)（4）電池的能量與能量密度1.動力電池的性能參數(shù)電池的功率是指在一定的放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，單位為瓦（W）或千瓦（kw）。質(zhì)量功率密度是指單位質(zhì)量的電池輸出的功率，單位為W/kg。體積功率密度是指單位體積的電池輸出的功率，單位為W/L。功率密度是評價能量源能否滿足電動汽車加速和爬坡性能要求的重要指標。對于電化學電池，比功率與電池的放電深度D0D密切相關(guān)。因此，在表示電池功率密度時還要指出電池的放電深度D0D。放電深度（depthofdischarge，D0D）描述電池已放出的電量與電池額定容量的比值。放電深度的高低和二次電池（蓄電電池或充電電池）的充電壽命有很深的關(guān)系，當二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會導致電池的使用壽命變短，因此在使用時應(yīng)盡量避免深度放電。（5）電池的功率與功率密度1.動力電池的性能參數(shù)電池的循環(huán)使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個循環(huán)，按一定測試標準，當電池容量降到某一規(guī)定值（一般規(guī)定為額定值的80%）以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。循環(huán)使用壽命是評價電池壽命性能的一項重要的指標。（6）電池的循環(huán)使用壽命鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命為300-500次；鋰離子電池的使用周期較長，循環(huán)壽命可達1000次以上。1.動力電池的性能參數(shù)影響動力電池壽命的因素主要包括充放電速率、充放電深度、環(huán)境溫度、存儲條件、電池維護過程、電流波紋以及過充電量和過充頻度等。電池成組應(yīng)用中，動力電池單體不一致性、單體所處溫區(qū)不同、車輛的振動環(huán)境等都會對電池壽命產(chǎn)生影響。（6）電池的循環(huán)使用壽命充電截止電壓：動力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應(yīng)，提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學電位后進行充電一般會加劇副反應(yīng)的發(fā)生，并導致電池使用壽命縮短，并可能導致內(nèi)部短路電池損壞，甚至著火爆炸等危險工況的出現(xiàn)。1.動力電池的性能參數(shù)放電深度DOD：深度放電會加速動力電池的衰退。循環(huán)壽命受蓄電池DOD影響，因此循環(huán)壽命的表示還要同時指出放電深度DOD。比如，蓄電池循環(huán)壽命400次/100%DOD或1000次/50%DOD。充放電倍率：動力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最直接的外界環(huán)境特征參數(shù)，其大小直接影響著動力電池單體的衰減速度。充放電倍率越高，動力電池單體的容量衰減越快。動力電池單體大倍率的充放電都會加快其容量的退化速度，如果充放電倍率過大，動力電池單體還可能會出現(xiàn)直接損壞，甚至過熱、短路起火等極端現(xiàn)象。（6）電池的循環(huán)使用壽命環(huán)境溫度存儲條件：在存儲過程中，由于電池的自放電、正負極材料鈍化、電解液分解蒸發(fā)、電化學副反應(yīng)等因素，將導致電池產(chǎn)生不可逆的容量損失1.動力電池的性能參數(shù)電池的自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池無負荷時自身放電使容量損失的速度。自放電率用單位時間內(nèi)容量下降的百分數(shù)表示。（7）電池的自放電率1.動力電池的性能參數(shù)電池實際上是一個能量存儲器，充電時把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來，放電時再把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?，供用電裝置使用。電池的輸出效率通常用容量效率和能量效率來表示。電池的容量效率指電池放電時輸出的容量與充電時輸人的容量之比，電池的能量效率指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比。通常，電動汽車電池的能量效率為55%～75%，容量效率為65%～90%。對電動汽車而言，能量效率是比容量效率更重要的一個評價指標。（8）電池的輸出效率1.動力電池的性能參數(shù)對于同一類型、同一規(guī)格、同一型號電池之間在電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)方面存在的差別稱為電池的一致性。一組電池的壽命在很大程度上取決于它的一致性。由于電動汽車的動力電池都是成組使用的，因此一致性是評價電池組性能的關(guān)鍵指標之一。影響電池一致性的因素主要有單體電池的設(shè)計和制造水平、用戶的使用方式等。（9）電池的一致性容量不一致導致：放電深度差異，放電率差異充電過程差異1.動力電池的性能參數(shù)抗濫用能力指電池對短路、過充電、過放電、機械振動、撞擊、擠壓以及遭受高溫和著火等非正常使用情況的容忍程度。（10）電池的抗濫用能力新能源汽車對動力電池的要求022.新能源汽車對動力電池的要求對于電動車輛高能量意味著更長的續(xù)駛里程，續(xù)駛里程的延長可有效提升車輛應(yīng)用的方便性和適用范圍。鋰離子動力電池能夠在電動車輛上廣泛推廣和應(yīng)用，主要原因就是其能量密度是鉛酸動力電池的3倍，并且還有繼續(xù)提高的可能性。動力電池組要能夠提供驅(qū)動電動機高功率輸出，滿足車輛動力性的要求。但長期大電流、高功率放電對于電池的使用壽命和充放電效率會產(chǎn)生負面影響，甚至影響電池使用的安全性，因此在功率方面還需要一定的功率儲備，避免讓動力電池在全功率工況下工作。（1）高能量（2）高功率2.新能源汽車對動力電池的要求動力電池長壽命，關(guān)系到電池成本。車輛應(yīng)用過程中電池更換的費用，是電動汽車使用成本的重要組成部分。提高動力電池的使用壽命目前是電池技術(shù)研究的重點問題之一。動力電池的成本與電池的新技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，目前高比能量的電池成本較高，使得電動汽車的造價也較高，開發(fā)和研制高效、低成本的動力電池是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵。（3）長壽命（4）低成本2.新能源汽車對動力電池的要求①充放電過程如果發(fā)生熱失控反應(yīng)，可能導致電池短路起火，甚至產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。②鋰離子電池采用的有機電解質(zhì)，在4.6V左右易發(fā)生氧化，并且溶劑易燃，若出現(xiàn)泄漏等情況，也會引起電池著火燃燒、甚至爆炸。③發(fā)生碰撞、擠壓、跌落等極端的狀況，導致電池內(nèi)部短路．也會引起危險狀況的出現(xiàn)。（5）安全性好2.新能源汽車對動力電池的要求車輛應(yīng)用一般不應(yīng)受地域的限制，不同的空間和時間應(yīng)用，需要車輛適應(yīng)不同的溫度，僅以北京地區(qū)的車輛應(yīng)用為例，北京夏季地表溫度可達50℃以上，冬季可低至-15℃以下，在該溫度變化范圍內(nèi)，動力電池應(yīng)可以正常工作，因此，對于動力電池而言，需要動力電池具有良好的溫度適應(yīng)