羅列鋰電池的各個參數(shù)
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-14 21:58
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在動力鋰電池系統(tǒng)中，各個參數(shù)能夠表征系統(tǒng)的不同性能，本文羅列鋰電池各個參數(shù)。
鋰電池單體
鋰離子電池單體由正負(fù)、電極、電解液和隔膜組成，是組成電池模塊和電池組的基本結(jié)構(gòu)單元。電池作為一種電化學(xué)電源天然的具有電壓、內(nèi)阻、容量、能量、功率等特性參數(shù)。
人們主要的出于兩個方面的目的，希望對電池的參數(shù)進(jìn)行測量和評價。一個是為了實現(xiàn)主動控制的目的，比如，電池單體電壓不一致，使得系統(tǒng)能量存儲能力降低，如果能夠主動調(diào)節(jié)兩極的單體電壓，則可以起到放大系統(tǒng)容量的效果。另一個是為了安全考慮，電池的參數(shù)有其固定的范圍，檢測電池參數(shù)，實施監(jiān)控其邊界，可以起到表征電池安全狀態(tài)的作用。
電壓
單體電壓主要取決于單體陰極材料的類型。一般的鈷酸鋰、三元陰極和石墨陰極可以獲得約4.2V的全充電電壓，而磷酸鐵鋰只能達(dá)到3.6V。該電位值等于蓄電池在足夠長的靜置時間后的開路電壓。閉合電路中的單端電壓是外部儀表檢測到的電壓值，等于蓄電池的電位減去蓄電池內(nèi)阻的占空電壓。電池的內(nèi)阻不是恒定的，會受到許多因素的影響，這將在下一節(jié)討論。
繼續(xù)說電壓，除了材料，個別電壓會隨著電荷的變化而變化，而且是一對一的關(guān)系。因此，在許多情況下，蓄電池的開路電壓往往是判斷電池電量（soc）的重要指標(biāo)，而soc的測量又不能直接、簡單地進(jìn)行。
單體電壓與電池中活性物質(zhì)的活性有關(guān)，因此影響活性的溫度也可以在很小的范圍內(nèi)影響單體電壓。
單位電壓越高，相同容量的電池所含能量越多。因此，在保證安全的前提下，提高機(jī)組電壓上限是提高系統(tǒng)能量密度的技術(shù)途徑。
內(nèi)阻
在鋰電池內(nèi)部，鋰離子從一個極移到另一個極。鋰電池的內(nèi)阻是由阻礙離子運動的因素組成的。其主要部分包括導(dǎo)電部分的物理內(nèi)阻；電機(jī)材料、隔膜和電解質(zhì)等電化學(xué)材料的固有阻抗；電池中電流的暫時增加阻礙鋰離子的運動；這三部分共同構(gòu)成內(nèi)阻的主體。
內(nèi)阻對溫度最敏感。在不同的溫度下，內(nèi)阻值會有很大的變化。電池的低溫內(nèi)阻過大是造成電池低溫性能下降的重要原因之一。
鋰電池作為電源，從外部來看，內(nèi)部電阻越小越好。特別是在電力應(yīng)用中，小內(nèi)阻是必要條件。
容量
鋰電池容量，可測量容量，是在電池的合理的最大和最小電壓范圍內(nèi)可以充電和放電的最大電量。單體的容量可以在安裝在車輛上之前通過充放電來測量。一旦上船，電池容量只能通過算法來估計。在電池管理系統(tǒng)bms中，準(zhǔn)確估計電池的soc是設(shè)計水平的重要指標(biāo)。目前，眾所周知，在動態(tài)運行的情況下，電路電流是以安培時間方式積分的，在非工作狀態(tài)下，利用電池的開路電壓來校準(zhǔn)核電池的功率。雖然有很多其他方法，但它們要么不穩(wěn)定，要么計算量太大，很少用于批量生產(chǎn)。
老化程度對單體的容量有明顯的影響。眾所周知，當(dāng)容量降到一個極限值時，兩者之間顯然存在著絕對的相關(guān)性。其次，電容也受到溫度的影響。在低溫下，活性物質(zhì)的活性降低，可供離子的數(shù)量減少，容量必然下降。
功率
這里的功率，準(zhǔn)確的說應(yīng)該是比功率，是一只單體的充放電功率能力或者說單位質(zhì)量或者單位體積電芯的充放電功率能力。鋰電池是否能進(jìn)行大功率充放電，這在它被設(shè)計完成的時候就已經(jīng)決定了。同樣是磷酸鐵鋰材質(zhì)或者三元材質(zhì)，采用工藝手段、改變電極厚度或者加入添加劑、調(diào)整活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)性質(zhì)，電極SEI膜性質(zhì)，都可以起到調(diào)整電池功率性能的目的。一般的，功率性能與能量密度往往無法共存，同一種材料，追求高功率，則會部分的犧牲掉能量密度。
電芯一旦被生產(chǎn)出來，其合理的最大充放電電流就已經(jīng)確定了，除了調(diào)整電池散熱條件，能夠小范圍改變其最大充放功率以外，幾乎沒有進(jìn)一步調(diào)整的空間。
除了比功率，還有幾個折合到單位質(zhì)量或者體積上，更能看出電池水平的參數(shù)。
比容量、比能量
體積比容量就是容量除以電池體積，質(zhì)量比容量就是容量除以質(zhì)量。從這里延伸開去，把電池成本折合到單位容量上，也就是從電池充放電能力角度談?wù)搩r格：電池單體容量性價比計算方式為價格比容量，即單位價錢的電池所能放出的電量。不過，一般這種方式比較少用。
類似的，電池單體質(zhì)量比能量為能量除以質(zhì)量，即單位質(zhì)量的電池能放出的能量；體積比能量，即單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的能量；從單位能量價格定義電池價格，是行業(yè)里比較通用的方式，談?wù)撾姵貎r格，就是1kWh多少錢。
鋰離子電池模塊
電池模塊由若干電池單體串并聯(lián)組合形成，是組成電池組的元素。電池模塊在實際運行中很少作為一個主體被單獨評價，偶爾一些系統(tǒng)中，會檢測其電壓值。
實際上，人們往往把模塊看成一塊大電池。不同的是，模塊存在單體一致性問題，其內(nèi)部電芯電壓差是均衡功能考察的重點。電池模塊的性能往往受制于組成電池模塊中性能最低電池單體，并主要體現(xiàn)在容量這個指標(biāo)上。充電的時候，電壓高的單體最先充滿；放電的時候，電壓低的電芯最先放完。而很可能這兩個電芯并非同一顆。因此，模塊內(nèi)部電芯參數(shù)的一致性就對模塊性能產(chǎn)生了決定性的影響。一致性，是模塊級別比單體多出來的需要考量的一個參數(shù)。這個參數(shù)在模塊成組之初，會通過各種手段對電芯進(jìn)行篩選來保證；模塊生產(chǎn)完畢，一致性則是其驗收的重要指標(biāo)；在運行過程中，則只能依靠BMS的均衡功能來保證。
鋰離子電池系統(tǒng)
電池組一般由模塊串聯(lián)組成。電池組除了繼承模塊的全部參數(shù)以外，其總電壓決定了電動汽車動力系統(tǒng)的電壓平臺，是非常重要的參數(shù)。
電池組整體上還有幾個涉及到安全的指標(biāo)會被持續(xù)監(jiān)測。電池包輸出正負(fù)極對地電阻，系統(tǒng)漏電流，高壓互鎖信號，系統(tǒng)最高最低溫度，系統(tǒng)最大溫差，系統(tǒng)最大溫升速率，系統(tǒng)最高最低單體電壓等等。
以上都是從電性能來說的，作為一個結(jié)構(gòu)整體，電池包還有很多參數(shù)需要持續(xù)關(guān)注，還有環(huán)境耐受性能，濫用耐受性能，此處不一一列舉。
