混合動力汽車電池

混合動力汽車電池學習單元一混合動力汽車電池認知學習單元二動力電池的性能檢測

學習單元一混合動力汽車電池認知

一、混合動力汽車電池分類與工作原理1.電池與能量儲存將化學能轉換成電能的裝置稱為化學電池，通常簡稱為電池。電池放電后，能夠用充電的方式使內部活性物質再生，把電能儲存為化學能；需要放電時，再次把化學能轉換為電能，這類電池稱為蓄電池，一般又稱二次電池。

2.混合動力汽車電池的作用

混合動力汽車電池分為儲備電池和動力電池。本項目重點介紹動力電池，動力電池的作用是接收和儲存由車載充電機、發(fā)電機、制動能量回收裝置或外置充電裝置提供的高壓

直流電，并且為混合動力汽車提供高壓直流電。動力電池是新能源汽車上價格最高的部件之一，其性能好壞直接決定了這輛車的實際價值。應用在混合動力汽車上的儲能技術主要

是電化學儲能技術，即鉛酸鎳氫、鋰離子等電池儲能技術。作為混合動力汽車的動力源，動力電池技術是其核心技術，更是電氣技術與汽車行業(yè)的關鍵結合點，一直制約著混合動

力汽車的發(fā)展。

3.動力電池的類型

混合動力汽車上所使用的動力電池種類繁多，按其工作性質和使用特征的不同，可分為一次電池、二次電池、儲備電池、燃料電池等。

(1)一次電池(原電池)。

一次電池是放電后不能用充電的方法使其復原的電池。這種類型的電池只能使用一次，放電后電池只能被遺棄。這類電池不能再充電的原因，或是電池反應本身不可逆，或

是條件限制使可逆反應很難進行，如鋅錳干電池、鋅汞電池、銀鋅電池等。

(2)二次電池(蓄電池)。

二次電池是放電后可用充電的方法使活性物質復原而能再次放電，且可反復多次循環(huán)使用的電池。這類電池實際上是一個化學能量儲存裝置，用直流電將電池充足，這時電能

以化學能的形式儲存在電池中，放電時，化學能再轉換為電能，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、鋅空氣電池等。

(3)儲備電池(激活電池)。

儲備電池是正、負極活性物質和電解液不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的電池。這類電池的正、負極活性物質易化學變質或自放電，因與電解液

的隔離而使電池能長時間儲存，如鎂銀電池、鈣熱電池、鉛高氯酸電池等。

(4)燃料電池(連續(xù)電池)。

燃料電池是只要活性物質連續(xù)地注入電池，就能長期不斷地進行放電的一類電池。它的特點是電池自身只是一個載體，可以把燃料電池看成是一種需要電能時將反應物從外部

送入的一種電池，如氫燃料電池

4.鋰電池

鋰電池的結構如圖4-1所示，由負極材料、正極材料、絕緣片、隔離膜、鋁塑包裝膜等組成。鋰電池是指電化學體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金、鋰離子、鋰聚合物)的

電池。鋰電池是靠鋰離子在電極之間移動而產生電能的，這種電能的存儲和放出是通過正極活性物質中放出的鋰離子向負極活性物質移動完成的，并不伴隨化學反應，這是鋰電池

的最大特點，正因為這種特點，使得鋰電池比傳統(tǒng)的二次電池具有更長的壽命。

此外，電極材料種類有較大的選擇空間也是鋰電池的一大特點，再加上鋰電池本身就具有小型化、輕量化和高電壓化的特點，通過材料的選擇和結構設計即能實現(xiàn)高輸出功率和高容量，因此可以設計出與實際用途完全相符的結構及特性，這也是鋰電池的優(yōu)勢之一。圖4-1鋰電池結構示意圖

1)鋰電池工作原理

鋰電池實際上是一種鋰離子濃差電池，如圖4-2所示為其工作原理。圖4-2鋰電池工作原理

2)鋰電池要求

(1)對正、負極物質的要求：正極電位越正，負極電位越負；活性要高(反應快，得勝率高)；活性物質在電解液中要穩(wěn)定，自溶速度要?。换钚晕镔|要有良好的導電性能，即電阻要??；便于生產，資源豐富。

(2)對電解液的要求：電導率高，擴散效率好，黏度低；化學成分穩(wěn)定，揮發(fā)性小，易貯存；正、負極活性物質在電解液中能長期保持穩(wěn)定；便于生產，資源豐富。

(3)對隔膜的要求：有良好的穩(wěn)定性；具有一定的機械強度和抗彎曲能力，有抗拒枝晶穿透能力；便于使用；吸水性良好，孔徑、孔率符合要求。

(4)對外殼的要求：有較高的機械強度，能承受一般的沖擊；具有耐工藝腐蝕的能力。

5.鉛酸電池

鉛酸電池結構如圖4-3所示圖4-3鉛酸電池結構

近年來，閥控式密封鉛酸電池被廣泛地用于傳統(tǒng)汽油車和一些低速純電動汽車上，其結構如圖4-4所示。圖4-4閥控式密封鉛酸電池結構

閥控式鉛酸電池是一種免維護電池，由于免維護鉛酸電池在使用中不會出現(xiàn)極板短路、活性物質脫落、水分損失等問題，從而提高了使用壽命。其結構特點主要有以下方面：

(1)閥控式鉛酸電池的極板柵采用無銻鉛合金，電池的自放電系數很小。

(2)閥控式鉛酸電池的正、負極板完全被玻璃微纖維隔離板包圍，有效物質不易脫落，使用壽命長。

(3)閥控式鉛酸電池的體積小，而容量卻比其他電池的容量高。

(4)單格極板組之間采取內連式接法，正、負極樁位于密封式殼體的外部。

(5)殼體上部設有收集水蒸氣和硫酸蒸氣的集氣室，待其冷卻后可變成液體重新流回電解槽內。

(6)密封程度高，電解液像凝膠一樣被吸收在高孔率的隔離板內，不會輕易流動，所以電池可以橫放。

(7)電池在長期運行中無需補充任何液體，同時在使用過程中不會產生酸霧氣體，維護工作量極小。

(8)閥控式鉛酸電池的內阻較小，大電流放電的特性好。

正是由于上述優(yōu)點，所以閥控式鉛酸電池被稱為“免維護電池”。近幾年在電力系統(tǒng)各個專業(yè)部門中得到了廣泛應用。

6.鎳氫電池

鎳氫電池正極的活性物質為NiOOH(放電時)和Ni(OH)2(充電時)，負極板的活性物質為H2(放電時)和H2O(充電時)，電解液采用30%的氫氧化鉀溶液。鎳氫電池的充/放電反應如下所示：

從方程式可看出：充電時，負極析出氫氣，貯存在容器中，正極由氫氧化亞鎳變成氫氧化鎳(NiOOH)和水H2O；放電時氫氣在負極上被消耗掉，正極由氫氧化鎳變成氫氧化

亞鎳。過量充電時的電化學反應如下：

1)鎳氫電池結構

搭載在混合動力汽車上的鎳氫電池是將84240個容量為6～6.5A·h的單體電池以串聯(lián)方式連接后使用的。迄今為止，已開發(fā)出了圓形和方形的混合動力汽車用的鎳氫電池。

如圖4-5所示為混合動力汽車用鎳氫電池的輸出功率密度的變化，可以看出，近年來，其輸出功率密度正在逐年上升。圖4-5混合動力汽車用鎳氫電池的輸出功率密度的變化

混合動力汽車用圓柱密封型鎳氫電池的單體模塊結構如圖4-6所示，它由氫氧化鎳、隔板、正極、負極、保護閥(安全閥)、正極接線柱、絕緣板等組成。圖4-6混合動力汽車用圓柱密封型鎳氫電池的單體模塊結構

用于混合動力汽車的方形鎳氫電池模塊的結構如圖4-7所示，它是由負極端子、安全閥、外蓋、正極端子、電極群、電解槽和集電體等組成的。圖4-7用于混合動力汽車的方形鎳氫電池模塊的結構

2)鎳氫電池特性

將電池封裝體搭載在車輛上，不但要求它具有良好的耐振動特性和耐沖擊性，而且在結構上應該保持其能把因大電流充/放電時產生的電池熱量迅速散發(fā)而使其冷卻的性能。

此外，因電池的特性隨溫度不同會有較大的變化，因此最好能夠盡量減小封裝體內電池溫度的分散度。

(1)鎳氫電池輸出功率特性。如圖4-8和圖4-9所示為正在量產的方形電池模塊的輸出功率特性。當SOC(荷電狀態(tài))到達60%左右時，其輸出功率密度在10S輸出以下具有優(yōu)良的特性，而且在寬闊的SOC區(qū)域內幾乎能獲得相同的輸出功率。圖4-8鎳氫電池充電狀態(tài)與輸出功率密度關系圖4-9鎳氫電池輸出功率密度與溫度關系

(2)鎳氫電池充電恢復特性。

混合動力汽車用電池的使用方法與一般電池使用方法存在很大的差異，即混合動力汽車用電池不進行完全充電和完全放電。車輛行駛時已被輸出的電能始終以再生電能再度

回收，以形成電能再收支的平衡。

7.燃料電池

燃料電池嚴格來說并非電池，只能算是發(fā)生電化學反應的媒介，是一種發(fā)電裝置。因為參與電極反應的活性物質不能儲存于電池內部，而是由電池之外供應，所以只要燃料不

斷輸入，電力就會不斷地輸出。

燃料電池的主要燃料通常以氫氣為主，氫氣與氧氣通過電化學反應發(fā)生氧化作用輸出電能、純水和熱量。

如圖4-10所示，由于燃料電池直接將化學能轉化為電能，不需要經過多次轉換，而且沒有卡諾循環(huán)的限制，所以節(jié)省了轉換為機械能浪費的能量損失，因此燃料電池比內

燃機多了30%以上的能量轉換效率，目前效率可達70%，若加上熱回收利用，更可高達85%，有望成為最具經濟效益的能源。圖4-10水的電解與電化學反應

燃料電池的工作原理如圖4-11所示，是由氧氣腔和氫氣腔夾著一種具有滲透性的質子交換器，兩腔通常加入碳粉、鉑等觸媒作為催化劑加速氫氣、氧氣分解為電子及離子，

電解質作為離子的通道用，其傳輸效率越高，電流密度越高，電解質對電子的傳輸效果越差，所以電子由外接電路傳輸。圖4-11燃料電池工作原理

1)燃料電池分類

現(xiàn)今已研發(fā)出多種形式的燃料電池，人們依據電解質的不同將燃料電池分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池

以及甲烷燃料電池等。

(1)堿性燃料電池。

堿性燃料電池最早是在1925年由Dr.FrancisThomasBacon開始發(fā)展的，一般被運用于人造衛(wèi)星、航天及軍事等用途上。但電解質溶液為強堿，會與空氣中的二氧化碳生成碳酸鹽而沉積在多孔電極上造成堵塞，所以須以純氫氣作為陽極燃料，以純氧氣作為陰極的氧化劑。

(2)磷酸燃料電池。

磷酸燃料電池有第一代燃料電池之稱，是使用濃磷酸作為電解質的酸性溶液燃料電池，所以電池性能不受二氧化碳的影響，可將空氣直接提供給陰極。目前磷酸燃料電池大都運用在發(fā)電機組上，雖已商業(yè)化生產，但因為其成本始終居高不下而未能推廣。

(3)熔融碳酸鹽燃料電池。

堿金屬碳酸鹽只有在熔融狀態(tài)時，才能發(fā)揮離子傳導的功能，所以操作溫度須在熔點以上。

(4)固態(tài)氧化物燃料電池。

固態(tài)氧化物燃料電池有第三代燃料電池的稱號，其電解質為固態(tài)、無孔隙的金屬氧化物，由氧離子在晶體中穿梭來傳送離子，電池本體材料局限于陶瓷或金屬氧化物。

(5)質子交換膜燃料電池。

水是質子交換膜燃料電池內部唯一的液體，雖無腐蝕的問題，但水的管理是影響該燃料電池工作的重要因素。

(6)甲烷燃料電池。

甲烷是無色、無味的氣體，是最簡單的有機物，別名天然氣或沼氣，也是含碳量最小(含氫量最大)的烴，是沼氣、天然氣、瓦斯、坑道氣和油田氣的主要成分，與空氣的重量比是0.54，比空氣輕約一半。

甲烷燃料電池是化學電池中的氧化還原電池，就是用沼氣(主要成分為CH4)作為燃料的電池，與氧化劑O2反應生成CO2和H2O。反應中得失電子，產生電流從而發(fā)電。美國科學家已經設計出以甲烷等碳氫化合物為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池。燃料電池使用氣體燃料和氧氣直接反應產生電能，其效率高、污染低，是一種很有前途的能源利用方式。

美國科學家使用銅和陶瓷的混合物制造電池正極，解決了殘渣積聚問題。這種新電池能使用甲烷、乙烷、甲苯、丁

烯、丁烷等5種物質作為燃料。其反應方程式如下：

反應情況：

①隨著電池不斷放電，電解質溶液的堿性減??；

②通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于甲烷燃燒的能量利用率。

2)燃料電池的優(yōu)點

(1)低污染：使用氫氣與氧氣作為燃料，生成物只有水和熱，若使用烴類為燃料，則生成水、二氧化碳和熱，沒有污染物。

(2)高效率：直接將燃料中的化學能轉換成電能，故不受卡諾循環(huán)的限制。

(3)無噪音：電池本體在發(fā)電時，無需其他機件的配合，因此沒有噪音問題。

(4)用途廣泛：提供的電力范圍相當廣泛，小至計算器大至發(fā)電廠。

(5)無需充電：電池本體中不包含燃料，只需不斷地供給燃料便可不停地發(fā)電。

3)燃料電池的缺點

(1)燃料來源：燃料的儲存、保管和運輸都比較復雜，對安全性要求較高。

(2)無標準化的燃料：現(xiàn)今市面上有以天然氣、甲烷、甲醇與氫氣等作為燃料的電池，雖然提供給消費者很多種選擇，但因為沒有單一化及標準化的燃料，要營利是很困難的，

而且燃料種類的更換要對現(xiàn)有的供應系統(tǒng)進行改裝，產生額外的費用。

(3)體積太大：目前的燃料電池體積都還過大，攜帶不方便。

(4)成本過高：目前燃料電池使用可以提高發(fā)電效率的材料，但成本也就相對高，不過經由制造技術的改進及量產，成本已下降許多。

二、動力電池的冷卻系統(tǒng)

1.動力電池冷卻系統(tǒng)的作用

汽車的冷卻系統(tǒng)是保證汽車動力驅動系統(tǒng)性能的重要部分，是動力驅動系統(tǒng)能夠正常工作的重要基礎，冷卻系統(tǒng)的技術水平及工作狀況直接影響汽車性能指標。汽車冷卻系統(tǒng)

控制受到了汽車行駛工況、行駛環(huán)境等多個因素影響，是較為復雜的控制對象，除了冷卻系統(tǒng)的本體外，其控制方法的優(yōu)劣也直接影響著冷卻系統(tǒng)性能。

2.動力電池的生熱機理

動力電池作為電動汽車的動力能源，其充電、做功的發(fā)熱一直阻礙著電動汽車的發(fā)展。動力電池的性能與電池溫度密切相關，40～50℃及以上的高溫會明顯加速電池的衰老，

更高的溫度(如120～150℃及以上)則會引發(fā)電池熱失控。

由表4-1可以看出，電池經過變電流充放工況后，電池的最高溫度和最低溫度與電池平均溫度之差在4.2℃左右，電池的最高溫度在35.5℃左右。

電池組在充/放電時會釋放一定的熱量，故需要對電池組進行冷卻。在低溫環(huán)境下，由冷卻單元對電池組進行加熱處理，以提高運行效率，動力電池組采用冷卻系統(tǒng)的作用是：

通過對動力電池組冷卻或加熱，保持動力電池組處于最佳的工作溫度，以改善其運行效率并提高電池組的壽命。如圖4-12所示是高壓動力電池組的冷卻系統(tǒng)示意圖，熱管理系統(tǒng)可以根據需要對電池組進行冷卻或加熱。圖4-12高壓動力電池組的冷卻系統(tǒng)示意圖

需要特別說明的是，目前國內常見的絕大多數新能源汽車的電機及控制器都采用該系統(tǒng)，但動力電池除了少數車型(如榮威汽車)以外，基本上都沒有專門的冷卻系統(tǒng)，這是因為一方面由于冷卻系統(tǒng)增加了電池組的體積，或會消耗了電池的一部分能量；另一方面是國內車型對動力電池的材料進行了改進，以及利用控制程序進行了修正，對電池工作環(huán)境要求不高。當然，這是以損耗電池壽命為代價的。電池組的熱管理系統(tǒng)如圖4-13所示。圖4-13電池組的熱管理系統(tǒng)

3.動力電池的冷卻形式

目前應用在動力電池上的冷卻方式有水冷和風冷兩種。

1)動力電池水冷系統(tǒng)

動力電池水冷系統(tǒng)的結構如圖4-14所示，其主要部件包括電動冷卻液泵、膨脹和截止組合閥、動力電池單元、冷卻液制冷劑熱交換器、冷卻管路等。

動力電池水冷系統(tǒng)的優(yōu)點是電池平均能量效率高、電池模塊結構緊湊、冷卻效果優(yōu)異、能集成電池加熱組件，解決了在環(huán)境溫度低的情況下加熱電池的問題。其缺點是系統(tǒng)復雜，多了很多部件，如水泵、閥、低溫水箱等，成本增加。圖4-14動力電池水冷系統(tǒng)的結構

2)動力電池風冷系統(tǒng)

冷卻空氣在動力電池模塊中的流動有串行、并行通風兩種。

(1)串行通風結構。風冷電池模塊采用如圖4-15所示的串行通風結構。圖4-15風冷電池模塊的串行通風結構

(2)并行通風結構。風冷電池模塊的并行通風結構如圖4-16所示。圖4-16風冷電池模塊的并行通風結構

(3)冷卻風扇。動力電池冷卻風扇外形如圖4-17所示圖4-17動力電池冷卻風扇外形

3)普銳斯混合動力汽車電池冷卻系統(tǒng)

普銳斯動力電池總成如圖4-18所示圖4-18普銳斯動力電池總成

學習單元二動力電池的性能檢測

一、動力電池的主要性能指標動力電池(以下簡稱“電池”)品種繁多，性能各異。常用以表征其性能的指標有電能、力學性能、儲存性能等，有時還包括使用性能和經濟成本。

1.電池的電壓指標

電池的電壓指標有電動勢、額定電壓、開路電壓、放電電壓和終止電壓等。

(1)電動勢。電池的電動勢，又稱電池標準電壓或理論電壓，為組成電池的兩個電極的平衡電位之差。

(2)端電壓。電池的端電壓是指電池正極與負極之間的電位差。

(3)開路電壓。電池的開路電壓是指無負荷情況下的電池端電壓。

(4)工作電壓。電池的工作電壓是電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍。

(5)額定電壓。電池的額定電壓是指該電化學體系的電池工作時公認的標準電壓。

(6)終止電壓。電池的終止電壓是指電池放電終止時的電壓值，根據放電電流大小、放電時間、負載和使用要求的不同而不同。

(7)充電電壓。電池的充電電壓是指直流外電源對電池充電的電壓。

(8)電壓效率。電池的電壓效率是指電池的工作電壓與電池電動勢的比值。

2.內阻

內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，電池在短時間內的穩(wěn)態(tài)模型可以看作一個電壓源，其內部阻抗等效為電壓源的內阻，內阻大小決定了電池的使用效率。電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。

3.容量和比容量

1)容量

電池的容量指電池在充足電以后，在一定的放電條件下所能釋放出的電量，以符號C表示，其單位為安時(A·h)或毫安時(mA·h)。容量與放電電流大小有關，與充/放電截

止電壓也有關系。電池的容量可分為理論容量、額定容量、實際容量和標稱容量。

(1)理論容量：假設電極活性物質全部參加電池的電化學反應所能提供的電量，是根據法拉第定律計算得到的最高理論值。

(2)額定容量：額定容量又稱保證容量，是指在設計和制造電池時，按照國家或相關部門頒布的標準，保證電池在一定的放電條件下能夠放出的最低限度的電量。

(3)實際容量：實際容量是指電池在一定的放電件下實際放出的電量。

(4)標稱容量：標稱容量(或公稱容量)是用來鑒別電池容量的近似值。

2)比容量

為了比較不同系列的電池性能，常用比容量的概念。比容量是指單位質量或單位體積的電池所能給出的電量，相應地稱為質量比容量或體積比容量。電池在工作時通過正極

和負極的電量總是相等的。但是，在實際電池的設計和制造中，正、負極的容量一般不相等，電池的容量受容量較小的電極的限制。實際電池中多為正極容量限制整個電池的容

量，而負極容量過剩。

4.效率

作為能量存儲器，在充電時電池把電能轉化為化學能儲存起來，在放電時再把電能釋放出來。在這個可逆的電化學轉換過程中，有一定的能量損耗。通常用電池的容量效率和

能量效率來表示。

(1)容量效率：指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之比。影響電池容量效率的主要因素是副反應。當電池充電時，有一部分電量消耗在水的分解上。此外，自放電、

電極活性物質的脫落、結塊、孔率收縮等也降低容量輸出。

(2)能量效率：又稱電能效率，是指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比，當電池內阻增大時，就會導致電池充電電壓增加，放電電壓下降。電池內阻能量損耗是以電池發(fā)熱的形式損耗的。

5.能量

電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，通常用瓦時(W?h)表示。電池的能量反映了電池作功能力的大小，也是電池放電過程中能量轉換的量度。對于電動汽車來說，電池的能量大小直接影響電動汽車的行駛距離。

(1)理論能量：假設電池在放電過程中始終處于平衡狀態(tài)，其放電電壓保持電動勢的數值，而且活性物質的利用率為100%，即放電容量等于理論容量，則在此條件下電池所

輸出的能量為理論能量，也就是可逆電池在恒溫、恒壓下所作的最大功。

(2)實際能量：指電池放電時實際輸出的能量。它在數值上等于電池實際容量與電池平均工作電壓的乘積。

(3)比能量(能量密度)：分為質量比能量和體積比能量，質量比能量是指單位質量電池所能輸出的能量，單位常用W?h/kg，又稱質量能量密度。體積比能量是指單位體積電池所能輸出的能量，又稱體積能量密度，單位常用W?h/L。常用比能量來比較不同的電池系列。比能量也分為理論比能量和實際比能量。

①理論比能量指質量為1kg的電池反應物質完全放電時理論上所能輸出的能量。

②實際比能量是指質量為1kg的電池在放電過程中實際輸出的能量，表示為電池實際輸出能量與整個電池質量(或體積)之比。

6.功率與比功率

電池的功率是指電池在一定放電制度下，單位時間內輸出的能量，單位為瓦(W)或千瓦(kW)。

對于純電動汽車，其電能儲存裝置應具有盡可能高的比能量，以保證汽車的續(xù)駛里程。對于混合動力汽車，其電能儲存裝置則應具有盡可能高的比功率，以保證汽車的動力性。

不同儲能器的比能量和比功率比較如表4-2所示。

7．放電電流和放電深度

電池的放電電流大小或放電條件，通常用放電率表示，是電池容量或能量的技術參數。

(1)放電率：指放電時的速率，常用“時率”和“倍率”表示。時率是指以放電時間(h)表示的放電速率，即以一定的放電電流釋放完額定容量所需的時間。倍率是指電池在規(guī)定時間內放出額定容量所輸出的電流值，數值上等于額定容量的倍數。

(2)放電深度：表示放電程度的一種量度，為放電容量與總放電容量的百分比，簡稱DOD。放電深度的高低與二次電池的充電壽命有很深的關系，二次電池的放電深度越深，

其充電壽命就越短，因此在使用時應盡量避免深度放電。

8.荷電

荷電也稱荷電狀態(tài)(StateofChar，SOC)，是指電池使用一段時間后與電池完全充滿電的容量比值，通常用百分比表示，它的取值范圍為0～1。當SOC=0時表示電池完全放完電；當SOC=1時表示電池完全充滿電。由于荷電是非線性變化的，所以它是較難獲得的參數數據。

9.儲存性能和自放電

對于所有化學電源，即使在與外電路沒有接觸的條件下開路放置，容量也會自然衰減，這種現(xiàn)象稱為自放電，又稱荷電保持能力。電池自放電的大小用自放電率來衡量，一般用單位時間內容量減少的百分比表示：

10.壽命

電池的壽命分儲存壽命和使用壽命。儲存壽命有“干儲存壽命”和“濕儲存壽命”兩個概念。對于在使用時才加入電解液的電池儲存壽命，習慣上稱為干儲存壽命，干儲存

壽命可以很長。而對于出廠前已加入電解液的電池儲存壽命，習慣上稱為濕儲存壽命，濕儲存時自放電嚴重，壽命較短。使用壽命是指電池實際使用的時間長短。對一次電池而

言，電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間(與放電倍率大小有關)。對二次電池而言，電池的壽命分充/放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種，充/放電循環(huán)壽命是衡量二

次電池性能的一個重要參數。在一定的充/放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充/放電次數，稱為二次電池的充/放電循環(huán)壽命。

二、動力電池性能指標與檢測方法

1.動力電池性能指標

動力電池作為測試對象的形式有單體和電池組兩種形式。單體是電池最基本的單元，稱為單元電池，是構成車用動力電池的基礎。單元電池的電壓和能量都十分有限，在使用

過程中，一般都是以串、并聯(lián)的形式成組地提升輸出電壓和功。為了方便電池的安裝運輸和使用，一般將若干個單元電池以串、并聯(lián)的方式構成動力電池組。動力電池組裝在具有

一定尺寸和接口的電池盒內，再配以電池管理系統(tǒng)后，即可在電動車輛上安裝和使用。

常見的車用動力電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等。每種電池根據各自技術原理有不同的特性，各種電池在比容量、充放電次數、技術成熟度等性能上有差別，典型電池

的參數如表4-3所示。

從表4-3中數據可是，鉛酸電池技術最成熟，價格較低，但比容量較低且循壽命較短；鎳氫電池循環(huán)壽命較長，技術較為成熟，但單體電壓較低；鋰電池單體電壓較高，循環(huán)壽

命和比容量也相當可觀，但成本相對比較高；目前，鋰電池在電動汽車動力電池的應用上擁有更廣闊的前景。目前，市場上應用較多的電池正極材料有磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材

料，還有關于將鈦酸鋰作為負極電極材料的研究?；旌蟿恿ζ囉脛恿﹄姵氐闹饕阅苤笜税妷?、內阻、容量和比容量、能量以及效率等。要使電動汽車能與傳統(tǒng)的燃油汽車

相競爭，關鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。

目前，針對動力電池性能的評價已經有了較為完善的法規(guī)和測試方法?？偨Y下來，主要從電池基本性能、循環(huán)性能(使用壽命)和安全性能三方面對電池的好壞作出評價(見表4-4)。

2.動力電池性能檢測方法

常用的動力電池性能指標的檢測包括荷電狀態(tài)(SOC)、內阻、容量、循環(huán)壽命、一致性等。

1)荷電狀態(tài)檢測

電池的荷電狀態(tài)(SOC)可反映電池的剩余容量狀況，這是目前國內外比較統(tǒng)一的認識，其數值上定義為電池剩余容量占電池容量的比值。

目前主要的測量方法有開路電壓法、安時積分法、內阻法等。

(1)開路電壓法。開路電壓法是利用電池的開路電壓與電池的SOC的對應關系，通過測量電池的開路電壓來估計SOC。開路電壓法比較簡單，但是只適用于測試穩(wěn)定狀態(tài)下

的電池SOC，不能用于動態(tài)的電池SOC估算。

(2)安時積分法。安時積分法是通過負載電流的積分估算SOC，該方法實時測量充入電池和從電池放出的電量，從而能夠給出電池任意時刻的剩余電量，如圖4-19所示為安時積分法常規(guī)估算模型。圖4-19安時積分法常規(guī)估算模型

(3)內阻法。電池的SOC與電池的內阻有一定的聯(lián)系，可以利用電池內阻與SOC的關系來預測電池的荷電狀態(tài)。如圖4-20所示是電池內阻測試儀。圖4-20電池內阻測試儀

2)內阻檢測

內阻是電池最為重要的特性參數之一，絕大部分老化的電池都是因為內阻過大而造成無法繼續(xù)使用。通常電池的內阻阻值很小，一般用毫歐來度量。不同電池的內阻不同，型

號相同的電池由于各電池內部的電化學性能不一致，所以內阻也不同。對于電動汽車的動力電池而言，電池的放電倍率很大，在設計和使用過程中應盡量減小電池的內阻，確保電

池能夠發(fā)揮其最大功率特性。

內阻測量是一個比較復雜的過程，目前主要有兩種方法，即直流放電法和交流阻抗法。

(1)直流放電法。

直流放電法是對蓄電池進行瞬間大電流放電(一般為幾十到上百安培)，然后測量電池兩端的瞬間壓降，再通過歐姆定律計算出電池內阻。該方法比較符合電池工作的實際工

況，簡單且易于實現(xiàn)，在實踐中得到了廣泛的應用，該方法的缺點是必須在靜態(tài)或脫機的情況下進行，無法實現(xiàn)在線測量。直流放電檢測儀如圖4-21所示。圖4-21直流放電檢測儀

(2)交流阻抗法。

交流阻抗法是一種以小幅值的弦波電流或者電壓信號作為激勵源，注入蓄電池，通過測定其響應信號來推算電池內阻。該方法的優(yōu)點在于用交流法測量時間較短，不會因大電

流放電對電池本身造成太大的損害。

3)容量檢測

電池容量是指在一定條件下(包括放電率、環(huán)境溫度、終止電壓等)供給電池或者電池放出的電量，即電池存儲電量的大小，是電池另一個重要的性能指標。容量通常以安

培·小時(A·h)或者瓦特·小時(W·h)表示。A·h容量是國內外標準中通用容量表示方法，延續(xù)電動汽車電池中概念，表示一定電流下電池的放電能力，常用于電動汽車電池。如圖4-22所示為電池容量測試儀。圖4-22電池容量測試儀

電池容量測試的標準流程為：放電階段→擱置階段→充電階段→擱置階段→放電階段。具體操作步驟如下：

①用專用的電池充/放電設備，在特定溫度條件下，將電池以設定好的電流進行放電，至電池電壓達到技術規(guī)范或產品說明書中規(guī)定的放電終止電壓時停止放電。

②靜置時間為5分鐘左右。

③再進行充電，充電一般分為兩個階段，首先以固定電流的方式恒流充電，充至電壓達到技術規(guī)范或產品說明書中規(guī)定的充電終止電壓，然后以恒壓的方式充電，充電到電

流逐漸減小到電流降至某一值時停止充電。

④充電完成后，靜置5～10分鐘。在設定好的環(huán)境下以固定的電流進行放電，直到放電電壓終止時，用電流值對放電時間進行積分，可計算出容量(以A·h計)。

4)壽命檢測

電池的循環(huán)壽命試驗：假設電池單體容量為12.5A·h，標稱電壓為3.2V，成組方式分別為4并95串和5并95串，電池總容量分別為50A·h和62.5A·h，總能量分別為

15.2kW·h和19.0kW·h。對其中4并95串的電池包進行25℃、55℃充