浅析动力电池各种概念及原理
来源：宝鄂实业
2019-04-06 16:44
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一、若干重要概念
1、电压（V）
①开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。
②工作电压：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差,又称负载电压。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。
③放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。
④充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。
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电池充放电电压变化曲线
2、电池容量（Ah）
①定义：电池容量是指电池所能够储存的电量多少，容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定。
②单位：容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。
③公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）。
④举例：容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。
⑤影响因素：电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量，活性物质的利用率。
⑥额定容量：在规定条件下测得的，由制造商给定的蓄电池容量。
⑦可用容量：在规定条件下，从完全充电的蓄电池中释放的电量。
⑧理论容量：假设活性物质完全被利用，蓄电池可释放的容量。
3、电池能量（Wh）
①定义：指电池储存的能量的多少，用Wh来表示
②公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×工作电流（A）×工作时间（h)。
③举例：3.2V15Ah单体电芯的能量为48Wh，3.2V100Ah电池组的能量为320Wh。
电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定做功的多少。
4、能量密度（Wh/Kg）
①定义：指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。
②举例：如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg，下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。
目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的。
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5、功率与功率密度
①功率是指在一定的放电制度下，单位时间内电池输出的能量，单位为W或kW。
②功率密度又称比功率，是单位质量或单位体积电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。比功率是评价电池及电池包是否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。
6、放电倍率（A）
①定义：放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。
②举例：以10Ah电池举例，以2A放电,则放电倍率为0.2C，以20A放电,则放电倍率为2C。
7、充电方式
①CC/CV：CC即恒流，以固定的电流对电池充电；CV即恒压，以固定的电压对电池充电，充电电流会随着电池充满逐渐下降。
②涓流充电：指以小于0.1C电流对电池充电，一般在电池接近充满电时，迚行补充充电时采用，若电池对充电时间没有严格要求的话，建议采用涓流充电方式充电。
③浮充电：随时对蓄电池用恒压充电，使其保持一定的荷电状态。
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8、充、放电深度（SOC DOD）：电池保有容量数值的表示方法。
①荷电状态state-of-charge（SOC）：蓄电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比。
②放电深度depth ofdischarge（DOD）：表示蓄电池放电状态的参数，等于实际放电容量与额定容量的百分比。
③深度放电deep discharge：表示蓄电50％或更大的容量被释放的程度。
④举例：充、放电深度以百分比率来表示，如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80%DOD；容量为10Ah的电池，充电后容量为8Ah，80%SOC。形容满充满放，通常称为100%DOD。
9、内阻（m?）
①定义：电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。
②分类：电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化与浓差极化引起的电阻。
③影响因素：电池内阻是一个非常复杂而又非常重要的特性，影响内阻的因素有材料、结构等。
④产生结果：由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻要产生热量，消耗能量，电流越大，消耗能量越多，所以内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实际工作电压高，消耗在内阻上的能量也少。
10、自放电率（％/月）
①定义：电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量的比例，称为自放电率。
②原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反应，活性物质被消耗，转为电能的化学能减少，电池容量下降。
③影响因素：环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电
④表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。
⑤产生结果：电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。
11、循环寿命（次）
①定义：二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降，在一定的放电条件下，电池容量降至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。
②影响因素：不正确使用电池，电池材料，电解质的组成和浓度，充放电倍率，放电深度（DOD%），温度，制作工艺等都对电池的循环寿命有影响。
12、记忆效应
①定义：电池的记忆效应是指未完全放电的电池，在下一次充电时所能充电的百分比。
②原因：电池内物质产生结晶，如镍镉电池中,Cd不断聚集成团形成大块金属镉，降低了负极的活性。
③避免：为了消除电池的记忆效应，在充电之前，必须先完全放电，然后再充电。
锂离子电池无记忆效应。
13、放电平台
指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越高、越长、越平稳，电池的放电性能越好。
14、电池组的一致性
由多个单体电芯串连、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，这就要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改进对提高电池的质量非常重要。
15、化成
电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高。
二、锂电池结构与原理解读
1、锂电池基本结构
主要材料：正极、负极、电解液、隔膜
结构：圆形、方形；叠片、卷绕
形态：聚合物(软包装)、液态锂离子(钢壳)
浅析动力电池各种概念及原理
2、锂电池工作原理
正极材料：LiMn2O4，负极材料：石墨
充电时正极的Li+和电解液中的Li+向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li+向正极移动。
3、锂电池组成原理
①正极构造
LiMn2O4(锰酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）正极
②负极构造
石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铜箔）负极
浅析动力电池各种概念及原理
4、充电过程
电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上，正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为LiMn2O4 ==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(电子)
负极上发生的反应为6C+XLi+Xe==LixC6
5、放电过程
电池放电，此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上，正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为Li1-xMn2O4+xli++xe(电子) ==LiMn2O4
负极上发生的反应为LixC6 == 6C+xLi+xe
车和家小型纯电动车SEV解密 能换电池的两座代步车
新出行
关注汽车行业的童鞋应该对车和家不陌生，它是由汽车之家创始人李想创建的一个全新造车企业，目前的规划是将推出两款新能源车产品，一款是主打城市通勤代步的小型纯电动车 SEV。另一款是主打长途出行的插电式混动 SUV。其中 SEV 将在 2017 年下半年正式推出，SUV 将在 2018 年下半年推出。
车和家 SEV 是一款定位于满足1-2个人的城市代步小车，将采用的是两座布局，车身长度不会超过 3 米，纯电续航里程在 100km 以内，一个值得关注的点是它的电池可以取下来进行充电，有点类似于以前诺基亚时代的手机电池，白天用完之后晚上可以把电池取下来进行充电，第二天充满之后再次安装到车上进行使用。
一直以来，车和家的这款SEV车型都处于保密状态，目前仅有的是车和家官网上发布的预告图，此外还有李想此前曾经透露过的一些亮点信息。日前我们获取了一组车和家SEV的这款新车的专利信息以及专利图，下面我们就一起来提前来研究研究。
纵向两座布局，轴距在 1.7-1.75 米之间
从车和家的专利图以及专利信息来看，这款 SEV 车型车身长度将在 3 米以内，轴距在 1.7-1.75 米之间，高度在 1.4-1.45 米之间，宽度在 0.995-1.01 米之间。采用的是纵向两座布局，即前后各一个座位。按照车和家此前透露的信息，这款 SEV 的大小相当于“一个标准车位可以停放 4 辆车”，按照这个专利资料显示的数据来看的话是完全可能实现的。
可拆卸电池，原来是这样
车和家这款 SEV 最大的亮点是可拆卸电池，这也是官方宣称的不依赖于充电桩的资本所在。从专利图来看，两个电池组位于后排座椅的后方，电池组上方配备有可用于取放的拉手。此外还配备了“小拖车”用于将电池组带回家去充电。这个装置让我想起了新出行办公室的那辆特斯拉Model S 童车。
一个车门双排布局 第二排乘客如何上下车？
专利图向我们展示了第二排乘客是如何上下车的，方式和我们常见的 2+3+2 布局的7座车第三排乘客上下车一样，第一排座椅靠背可以一键放倒，并且可以前后移动，给第二排乘客上下车提供更加充足的空间。
多功能矩形方向盘，两种不同的功能按键布局
这次曝光的专利图还同时发布了方向盘的样式，采用的是矩形的方向盘造型，并且方向盘按键有两种不同的布局。其中一种是左按键右滚轮的形式，另一种是左右都是滚轮的布局方式。
车身是否采用全铝合金框架？
车身专利信息已经显示，车和家的这款 SEV 车型采用的不是全铝合金车身，而是采用钢、铝的混合型材料。在专利信息中，官方针对没有采用全铝合金是这么解释的：车身侧围容易与其它物体（如车辆）发生接触（碰撞），铝 制 ( 即 铝 合 金 制 ) 的 侧 围 外 板 刚度低，在与其他物体接触或碰撞的过程中容易产生变形，导致侧围外板的维修率较高。
言下之意即全铝合金车身维修费用较高，所以没有采用这种材质。对于车和家这款定位在 5 万元左右的 SEV 车型，铝合金车身虽然听起来比较高端，但带来的昂贵维修费用的确与定位有点不相符，没有采用全铝合金也在意料之中。但不排除未来的那款插电式混动 SUV 会采用全铝合金车身。
进入 2017 年 车和家的更新了这两条动态
进入 2017 年以来，车和家对外公布的消息其实并不多，但并不代表车和家的量产车项目毫无进展。新出行从车和家官方获悉，更新车相关的一些进展，目前还不方便对外透露，目前产品还没完全定型，后续也还会有相关改进，届时便会对外公布。不过2017年车和家的这两件事还是值得关注。
1、车和家第二基地在常州签约
与李想投资、易车创始人李斌创立的蔚来汽车采用“代工生产”的模式不同，车和家采用的自建工厂自己生产的模式。而早在去年（2016 年）8 月份，车和家位于江苏常州的第一生产基地就已启动建设，第一基地一期投资 20 亿元，设计产能 20 万辆，目前进展顺利，将按计划于 2017 年底投产。
▲ 车和家常州第二基地签约现场
今年 2 月份，车和家再次在常州签约第二生产基地，此次签约的第二基地项目计划投资30亿元，占地面积 45 万平方米，规划产能 10 万辆，主要用于生产纯电及电动增程 SUV。该基地将于 2017 年二季度动工建设，预计将在 2018 年年内建成投产。
这次签约的项目涵盖冲压、焊接、涂装和总装四大整车制造工艺和“三电”（电机、电池、电控）等相关配套设施。未来，常州第一基地将专注于生产车和家的 SEV 品类车型，第二基地将专注于生产车和家的 SUV 品类车型，以满足车和家对于城市智能出行的产品布局。
2、车和家将进军欧洲 推出共享出行创新服务
2017 年 6 月 16 日，车和家与法国分时租赁运营商 Clem 在 VIVA Tech 2017 科技大会上正式签署合作意向书，双方将以车和家 SEV（Smart Electric Vehicle）为基础，启动创新模式的共享出行服务。
根据协议，车和家将与 Clem 在法国注册成立一家合资公司，推出无需固定地点取还的 Free-Floating（自由流动）车辆分时租赁服务，同时启用全新服务品牌。与传统分时租赁模式不同，自由流动模式下用户可在预先设定的服务范围内自由取、停车辆，无需额外支付停车费、保险、充电费用等，实现真正的按需使用，打造最佳体验的分时租赁服务模式。
为了支持这一新型共享模式，车和家将打造一套智能出行服务平台。在这一平台基础上，用户使用手机 APP 即可完成账号注册、寻找车辆、解锁车辆、客服咨询、行程支付等操作；运营团队则可通过平台自带的数据挖掘和云计算功能，实时监测车辆状态，高效完成换电、管理等一系列工作。
