动力电池基础知识普及讲解.docx
- 文档编号:24188149
- 上传时间:2023-05-25
- 格式:DOCX
- 页数:43
- 大小:344.48KB
动力电池基础知识普及讲解.docx
《动力电池基础知识普及讲解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《动力电池基础知识普及讲解.docx(43页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
动力电池基础知识普及讲解
锂电池基础的方方面面介绍
1.锂电池的构成
2.锂电池的优弊端
3.锂电池的分类
4.常用术语解说
5.锂电池命名规则
6.锂电池工艺
7.锂电池成组和串并联
8.各样动力电池对照
9.锂电池模型
10.锂电池电气特征与重点参数
11.锂电池保护和管理系统
12.锂电池应用领域
13.锂电池有关标准
(一)锂电池的构成
锂电池主要由两大块构成,电芯和保护板PCM(动力电池一般称为电池管理系统BMS),电芯相当于锂电池的心脏,管理系统相当于锂电池的大脑。
电芯主要由正极资料、负极资料、电解液、隔阂和外壳构成,而保护板主要由保护芯片(或管理芯片)、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。
锂电池的家产链构造以下列图:
电芯的构成以下边两图所示:
锂电池的PACK的构成以下列图所示:
(二)锂电池优弊端
锂电池的长处好多,电压平台高,能量密度大(重量轻、体积小),使用寿命长,环保。
锂电池的弊端就是,价钱相对高,温度范围相对窄,有必定的安全隐患(需加保护系统)。
对照参数
各种电池
铅酸电池
镍镉电池
镍氢电池
锂电池
(Ni-Cd)
(Ni-MH)
标称电压(V)
2
1.2
1.2
3.2/3.6/3.7
重量能量密度(Wh/kg)
25~30
40~45
60~65
120~200
体积能量密度(Wh/L)
65~80
150~180
300~350
350~400
最正确工作温度(℃)
-40~70
-20~60
-20~45
0~45
安全性
安全
安全
安全
有一些隐患
环保
铅污染
镉污染
环保
环保
循环寿命(次)
200~300
500
1000
500~1500
电池成本(RMB/Wh)
0.6~1.0
2.0~2.6
2.5~3.8
2.0~3.5
充电器成本
低
一
般
一
般
高
(稳压源)
(恒流源)
(恒流源)
(恒流恒压)
(三)锂电池分类
锂电池能够分红两个大类:
一次性不行充电电池和二次充电电池(又称为蓄电池)。
不行充电电池如锂二氧化锰电池、锂
-亚硫酰胺电池。
二次充电电池又能够分为下边依据不同的状况分类。
1.按外型分:
方形锂电池(如一般手机电池)和圆柱形锂电池(如电动工具的
18650);
2.按外包资料分:
铝壳锂电池,钢壳锂电池,软包电池;
3.按正极资料分:
钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元锂(LiNixCoyMnzO2)、
磷酸铁锂(LiFePO4);
4.按电解液状态分:
锂离子电池(LIB)和聚合物电池(PLB);
5.按用途分:
一般电池和动力电池。
6.按性能特征分:
高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。
(四)常用术语解说
1.容量(Capacity)
指必定的放电条件下能够从电池锂获取的电量。
我们在高中学物理是知道,电量的公式为Q=I*t,单位为库伦,电池的容量单位规定为Ah
(安时)或mAh(毫安时)。
意思是1AH的电池在充满电的状况下用1A的电流放电能够放1个小时。
从前的NOKIA的老手机的电池(像BL-5C)一般是500mAh,此刻的智好手机电池
800~1900mAh,电动自行车一般都是10~20Ah,电动汽车一般都是20~200Ah等。
2.充放电倍率(Charge-Rate/Discharge-Rate)
表示以多大的电流充电、放电,一般以电池的标称容量的倍数为计算,一般称为几C。
像容量1500mAh的电池,规定1C=1500mAh,假如以2C放电也就是以3000mA的电流放电,0.1C充放电就是以150mA的电流充放电。
3.电压(OCV:
OpenCircuitVoltage)
电池的电压一般指锂电池的标称电压(也叫额定电压)。
一般锂电池的标称电压一般为3.7V,
我们也称其电压平台为3.7V。
我们说的电压一般指的是电池的开路电压。
当电池20~80%的容量时,电压集中在3.7V左右(3.6~3.9V左右),容量太高或太低,电
压变化较大。
4.能量(Energy)/功率(Power)
电池以必定的标准放电,电池所能放出的能量(E),单位为Wh(瓦时)或KWh(千瓦时),此外1KWh=1度电。
物理书上有基本观点,E=U*I*t,也等于电池电压乘以电池的容量。
而功率的公式为,P=U*I=E/t,表示单位时间能够开释的能量。
单位为W(瓦)或KW(千
瓦)。
像容量为1500mAh的电池,标称的电压一般为3.7V,故对应的能量为5.55Wh。
5.内阻(Resistance)
因为充放电时不可以等效为一个理想的电源,
有必定的内阻。
内阻是要耗费能量的,自然内阻
越小越好。
电池内阻单位用毫欧(mΩ)。
一般电池的内阻由欧姆内阻和极化内阻构成,
内阻的大小受电池的资料、制造工艺,还有电
池的构造的影响。
6.循环寿命(CycleLife)
电池充电和放电一次就称为一个循环,循环使用寿命是权衡电池寿命性能的一个重要指标。
IEC标准规定手机锂电池,0.2C放电至3.0V,1C充电至4.2V,频频循环500次后电池容
量应保持为初始容量的60%以上。
也就是说锂电池的循环寿命为500次。
国标规定,循环寿命300次后,容量应保持初始容量的70%。
电池容量低于初始容量的60%一般要考虑报废办理了。
7.放电深度(DOD:
DepthofDischarger)
定义为电池放出的容量占额定容量的百分比。
锂电池一般放电深度越深,电池寿命越短。
8.停止电压(Cut-OffVoltage)
停止电压分为充电停止电压和放电停止电压,也就是说电池不可以持续充电或放电的电压,
停止电压下再持续充电或放电对电池的寿命影响很大。
锂电池的充电停止电压一般为4.2V,放电停止电压为3.0V。
锂电池超出停止电压的深充或深放是严格严禁的。
在
9.自放电率(Self-Discharge)
指电池在寄存时期容量的降落率,用单位时间内容量降落的百分比表示。
一般的锂电池的自放电率为2%~9%/月。
10.SOC(StateofCharge)
指电池的节余电量与能够放出总电量的百分比,0~100%。
反应电池节余电量状况。
(五)电池命名规则
不同的厂家有不同的命名规则,
但通用电池大家都按照一致的标准,
依据电池的名称能够知
道电池的尺寸等。
IEC61960规定,圆柱形和方形电池的规则以下:
1.
圆柱形电池,3
个字母后跟
5
个数字,
3
个字母,第一个字母表示负极资料,
I表示有内置的锂离子,L表示锂金属或锂合金电极。
第二个字母表示正极资料,C表示钴,N表示镍,M表示锰,V表示钒。
第三个字母为为
R
表
示
圆
柱
形
。
5
个数字,前2个数字表示直径,后
3个数字表示高度,单位都为
mm。
2.
方形电池,3
个字母后更
6
个数字,
3
个字母,前两个字母的意义和圆柱形同样,后一个字母为
P表示为方形。
6
个数字,前2个数字表示厚度,中间
2个表示宽度,后边
2个表示高度(长度),单位也
为mm。
如:
ICR18650就是直径为18mm,高度为65mm的通用的18650圆柱形电池;ICP053353就是厚度为5mm,宽度为33mm,高度(长度)为53mm的方形电池。
(六)锂电池工艺
不同的电池、不通的厂家工艺流程有必定的差别,详尽的工艺流程会很复杂,下边列出基本
的工艺流程,电芯制作的工艺流程和PACK制作的工艺流程。
电芯生产工艺流程主要为极片制造、电芯制作、电池装置、注液、化成、分选等工序。
从配想到卷绕,是正极、负极分不同的车间同时做的,正负极做好后再一同做后边的工序。
中间会插入不同的质量检测QA环节。
(七)电池的成组和串并联
应用在不同的领域中,对电池的要求不同样,系统对电压,容量,内阻等都有一些特别的要求。
常常单节电池不可以知足要求,需要电池串并联后才能给外供电。
电池串并联后的性能由最差那一节电池的性能决定,也就是我们常说的电池成组最重要的一点就是电池性能参数的一致性。
“木桶原理”,所以
像笔录本,电动自行车,电动汽车,储能系统等都需要考虑电池的串并联构成电池包。
笔录本电池电压一般是11.1V或14.8V,主要采纳18650电池,所以一般2串3并或2串4并。
AppleiPAD就是3块聚合物电池并联,容量25Wh左右。
电动自行车和电动摩托车系一致般是24V、36V、48V、60V、72V系统,详细成组状况见
下表(S代表串连)。
纯电动汽车和混淆动力(EV/PHEV)电压更高,250~500V左右,最大会串连到150节以上。
此外电池成组串并联是要考虑好多东西,
电池的电压平台的一致性,
电池的容量的一致性,
电池的内阻的一致性等。
电池的串并联后其参数的一致性对电池的性能和寿命有很大的影响。
电池包电压
锰酸锂/三元锂
磷酸铁锂
12V
4S
4S
18V
5S
6S
24V
7S
8S
36V
10S
12S
48V
13S
15S/16S
60V
16S
19S
64V
18S
20S
72V
20S
23S
(八)各样动力电池对照
动力电池主假如更具其应用来考虑的,主要应用在电动电动汽车、
动力电池差别于一般电池又其必定的特别性:
电动自行车、电动工具等。
1.电池的串并联
2.电池的容量较大
3.电池的放电倍率较大(混淆动力和电动工具)
4.电池的安全性要求较高
5.电池的工作温度范围较宽
6.电池的使用寿命长,一般要求5~10年
因为动力电池的特别性,其工艺和资料的也存在必定的差别,依据正极资料的状况主要分为
锰酸锂(LiMn2O4)、三元锂(LiNixCoyMnzO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)等,其电压平台、能量密度、价钱、安全性等都有必定的差别,详细见下表的对照:
(此中钴酸锂因为其稳固性较差,价钱较高等原由极少用做动力电池,放在下表一并列出对照)
序
参数
钴酸锂
三元锂
锰酸锂
磷酸铁锂
号
1
振实密度(g/cm3)
2.8~3.0
2.0~2.3
2.2~2.4
1.0~1.4
2
比表面积(m2/g)
0.4~0.6
0.2~0.4
0.4~0.8
12~20
3
容量密度(Ah/kg)
135~140
155~165
100~115
130~140
4
电压平台(V)
3.7
3.6
3.6
3.2
5
循环性能
>300
>800
>500
>2000
6
过分金属
困穷
困穷
丰富
特别丰富
7
原料成本
很高
高
便宜
便宜
8
环保
含钴
含镍、钴
无毒
无毒
9
安全性能
差
较好
优异
优异
小电池、小
动力电池、
10合用领域
小电池
动力电池
超大容量
型动力电池
电源
(九)锂电池模型
电池内阻在电气特征上,不完整等效为一个电阻,详细能够参照外国的
PNGV等效电路模
型。
以下列图所示。
电池的内阻主要由欧姆内阻
R0还有极化内阻R1构成,此中C1为极化电容。
电池的内阻丈量业内有
2种主流的测试方式,直流放电法和交流注入法,
不可以用一般的测电
阻的方法丈量获取,一般用特意的内阻丈量仪测试。
电池的内阻是反应电池的性能和寿命的一个重要参数。
快到电池的循环寿命时,
电池的内阻
会急巨变大。
以下列图循环次数和内阻的关系所示。
(十)锂电池电气特征和重点参数
1.电池的充放电曲线
锂电池的充放电曲线指的是电池的容量和开路电压的关系曲线,大略的预计电池的电量,以下列图所示。
依据电池的放电曲线,能够
锂电池的充放电曲线不单与充电放电电流的大小有关还与温度有关。
以下列图所示。
2.电池的重点参数
锂电池因为其自己特征决定不可以过充、不可以过放、
不可以过流、不可以过温,所以考虑安全性和
电池寿命,电池要做好有关保护。
有几个参数是常常遇到的,
一并列出来。
电压状况不同厂
商差别不大,工作温度和放电倍率不同的电池或不同的厂家会有一些差别。
对照项
锰酸锂/三元锂
磷酸铁锂
电压平台
3.7V/3.6V
3.2V
充电停止电压
4.2V
3.6V
放电停止电压
3.0V
2.0V
工作温度范围
-20~60℃
-10~65℃
最大放电倍率
3~10C
3~10C
(十一)锂电池保护和管理要乞降系统
因为锂电池自己的特征决定必定要加电池保护板(PCM)或电池管理系统(BMS),没有
保护板或管理系统的电池是严禁使用的,会存在巨大的安全隐患。
对电池系统来说安全永久
是第一位的。
电池假如没有很好的保护或管理,可能存在寿命变短、破坏或爆炸的风险。
电池保护板(PCM:
PowerCircuitModule)主要应用在像手机、笔录本等花费类产品。
电池管理系统(BMS:
BatteryManagementSystem)主要应用在动力电池,像电动汽车、电
动自行车、储能等大型系统。
电池保护(PCM)主要功能,电池过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、
过流保护(OCP)等。
一旦出现异样状况,系统自动切断,保证系统安全。
电池保护系统技术已特别成熟,有关的板厂好多,主要集中在华南地域,而且有特意的IC
厂商供给特意的锂电池保护芯片,这一块已经相对照较成熟,国内有好多成熟的保护IC芯
片已经出来。
电池管理系统(BMS)的主要功能除了保护系统的有关基本保护功能外,还有电池电压、
温度及电流丈量、能量平衡、电量(SOC)计算及显示、异样报警、充放电管理、通讯等,
有些BMS系统还集成热量管理、电池加热、电池健康状况(SOH)剖析、绝缘电阻丈量等。
BMS功能介绍及剖析:
1.电池保护,和PCM差不多,过充、过放、过温、过流,还有短路保护。
像一般的锂
锰电池和三元锂电池,一旦检测就任何一节电池电压超出4.2V或任何一节电池电压低于
3.0V系统就会自动切断充电或放电回路。
假如电池温度超出电池的工作温度或电流大于电池的放电电流,系统会自动切断电流通路,保障电池和系统安全。
2.能量平衡,整个电池包,因为好多节电池串连,工作一准时间后,因为其电芯自己的
不一致性、工作温度的不一致性等原由的影响,最后会表现出很大的差别,对电池的寿命和
系统的使用有巨大的影响,能量平衡就是填补电芯个体之间的差别去做一些主动或被动的充
电或放电的管理,保证电池的一致性,延伸电池的寿命。
业内一般有被动平衡和主动平衡两类方式,此中被动平衡主假如把电量多的电量经过电阻消
耗达到平衡,主动平衡主假如把电量多的电池的电量经过电容、电感或变压器转移到电量少
的电池达到平衡。
被动和主动平衡对照见下表。
因为主动平衡系统相对复杂,成真相对较高,主流依旧仍是被动平衡。
对照项
被动平衡
主动平衡
平衡方式
电阻耗费
电感等转移
平衡效率
低
高
方案成熟度
成熟
较成熟
系统复杂度
低
高
系统成本
低
高
3.SOC计算,电池的电量计算是BMS很重要的一块,好多系统都需要比较精准知道剩
余电量的状况。
因为技术的发展,SOC的计算累积的好多的方法,精度要求不高的能够根
据电池电压判断节余电量,精准的方法主要的是电流积分法(又叫Ah法),Q=∫idt,
还有内阻法、神经网络法、卡尔曼滤波法等。
业内主流依旧是电流计分法。
4.通讯,不同的系统对通讯接口的要求不同样,
等。
此中汽车和储能系统主假如CAN和RS485。
主流的通讯接口有
SPI、I2C、CAN、RS485
(十二)电池充电要乞降系统
锂电池主流的充电方式是恒流恒压(CC/CV:
ConstantCurrent–ConstantVoltage),先恒
流充电,到必定的电位后再恒压充电,好的充电器还能够依据电池的电压状态涓流充,有些系统在后边还增添了脉冲充电方式,此外依据时间设置充电结束。
一般的充电器都集成有限流、限压,过压保护,过流保护,过温保护,防反接等功能。
详细充电系统以下列图所示。
此外充电器充电一般和PCM或BMS配合在电池恒压充阶段一同做能量平衡。
像一般的钴酸锂电池,检测到电池电压低于3.0V,充电器启动涓流充电(0.1C左右),以
免破坏电池,当电池电压充到3.0V后改为恒流充电(1C左右,电流大小依照系统来定),检测到电池电压到4.1V变换为恒压充电,当电池电流降到0.1C左右,充电结束,封闭充电系统和充电回路。
先涓流再恒流最后恒压,充电曲线以下列图所示。
充电器依据功率大小的不同,采纳不同的控制技术,小功率的主假如线性电源的方案,大功率主假如开关电源的方案。
充电器技术已经相当作熟,充电器性能和效率都基本能够达到一
个比较好的水平,有关的厂商好多,充电器主要波及的技术还主假如电源技术和电池技术,有关的厂商也是从前做电源的有关厂商。
希望在充电器和充电机上对技术、产品和厂家有一些详尽认识的能够email交流。
(十三)锂电池应用领域
电池主要应用在花费类产品、数码类产品、动力产品、医疗和安防等。
动力类
花费类
数码类
医疗保健类
安防类
电热类
其余
电动汽车
手机
数码相机
掌上心电图机
消防灯
保暖衣
电子菜谱
电动自行车
笔录本
数码摄像机
多参数监护仪
安防摄像
发热服
电动剃须刀
电动摩托车
平板电脑
蓝牙耳机
便携超声诊疗仪
POS机
暖手宝
无线充电
储能系统
上网本
无线鼠标
便携血氧仪
无线呼喊
发热鞋垫
军用设施
后备电源
MID
蓝牙键盘
便携胎音监护仪
无线对讲门铃
保暖手套
油井探测
UPS
电动工具
GPS
车载免提
激光治疗仪
门禁系统
探照灯
航模
电子书
LED手电筒
无线电子医疗
指纹辨别
LED显示屏
无线音箱
内窥镜
RFID监控
热敏打印
警告灯
眼部护理
ZigBee防盗
考勤机
扩音器
足底按摩
挪动备用电
理疗产品
源
(十四)锂电池有关标准
电池方面欧洲、美国、日本、中国有不同的标准,一些有关标准整理以下表。
国际/国内
代号
描绘
UL
UL1642
电芯安全标准
UL
UL2054
商用或家用电池标准
UL
UL2054
便携式一次、二次电池标准
UL
UL60950
IT产品安全标准
IEEE
IEEE1725
北美挪动电话用充电电池标准
IEEE
IEEE1625
挪动计算机多电芯可充电电池标准
IEC/EN
IEC/EN60086-1~5
原电池标准
IEC/EN
IEC/EN61960
锂电池标准
IEC/EN
IEC/EN62133
二次电池
IEC/EN
IEC/EN61809
便携式二次电池
IEC/EN
IEC/EN61959
便携式二次电池
IEC/EN
IEC/EN61429
二次电池国际表记
IEC/EN
IEC/EN62281
锂电池
JIS
JISC-8711
二次锂电芯
JIS
SBAG1101-1997
锂离子可充电电池安全评论标准
GB
GB18287
手机用二次锂电池
GB
QB/T2502-2000
锂离子蓄电池总规范
GB
GB8897.4-2008
锂电池安全规范
GB
GB/T10077-2008
锂电池分类、型号命名及基本特征规范
GB
GB1952.11-2005
锂电池组危险货物查验安全规范
GB
MH/T1020-2009
锂电池航空运输规范
GB
YD1268-2003
手机锂电池及充电器安全规范
GB
GJB2374-1995
锂电池安全规范
GB
QC/T743-2006
电动汽车用锂离子蓄电池
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 动力电池 基础知识 普及 讲解