電池基本知識(shí)講解

1、電池基本知識(shí)講解彭軍文什么叫電池 電池是通過電化學(xué)氧化還原反應(yīng)將活性材料內(nèi)存儲(chǔ)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置（化學(xué)電源），它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，兩電極浸泡在能提供離子傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時(shí)，通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來提供電能。 本質(zhì)上為一個(gè)能量轉(zhuǎn)化器 通常在電池的能量轉(zhuǎn)化過程中伴隨著熱能的產(chǎn)生?；瘜W(xué)能電 能能量轉(zhuǎn)化器能量轉(zhuǎn)化器鎳氫電池的發(fā)展歷史鎳氫電池的發(fā)展歷史 主要分為3個(gè)階段： (1)、上世紀(jì)60年代未至70年代末為可行性研究階段； (2)、上世紀(jì)70年代末至80年代末為實(shí)用性研究階段；1984年開始，荷蘭、美國、日本研究開發(fā)儲(chǔ)氫合金電極；198

2、8年Ovonic公司，1989年日本等先后開發(fā)成功鎳氫電池； (3)、上世紀(jì)90年至今的產(chǎn)業(yè)化階段；電池的分類電池的分類 根據(jù)電極反應(yīng)的可逆性可分為一次電池和二次電池(蓄電池)； 二次電池又分為鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池 、燃料電池 根據(jù)電池的形狀可分為圓形電池、方形電池、扣式電池等； 根據(jù)電解液體系可分為堿性電池、酸性電池等； 根據(jù)電池用途可分為常用電池、備用電池等； 根據(jù)能量功率可分為能量型電池和功率型電池；電池的可靠性測試項(xiàng)目有哪些？ 1、 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 2、不同倍率放電特性、不同倍率放電特性 3、不同溫度放電特性、不同溫度放電特性 4、充電特性、充電特性 5、自放電特

3、性、自放電特性 6、存貯特性、存貯特性 7、容量、容量 8、溫度循環(huán)測試、溫度循環(huán)測試 9、不同溫度內(nèi)阻特性、不同溫度內(nèi)阻特性 10、高溫測試、高溫測試 電池的安全性能測試項(xiàng)目有哪些？ 1、短路 2、加熱 3、過充 4、碰撞 5、過放 6、溫升 7、擠壓 8、穿透電池電壓 標(biāo)稱電壓：在正常工作過程中表現(xiàn)出來的電壓，二次鎳氫電池標(biāo)稱電壓為1.2V 開路電壓：外線路中沒有電流通過時(shí)，電池兩極之間的電位差。 工作電壓（負(fù)載電壓）：外線路中有電流通過時(shí)，電池兩極之間的電位差。 終止電壓：電池放電實(shí)驗(yàn)中，規(guī)定的結(jié)束放電的截止時(shí)間。 中點(diǎn)電壓：放到50%容量時(shí)電池的電壓。主要用來衡量大電流放電系列電池高倍

4、率放電能力，是電池的一個(gè)重要指標(biāo)。電池容量 指在一定的放電條件下，可以從電池獲得的電量。一般用Ah或mAh來表示，它直接影響到電池的最大工作電流和工作時(shí)間。 電池的容量有理論容量、實(shí)際容量和額定容量等幾種。 （1）理論容量：假設(shè)活性物質(zhì)全部參與電池的成流反應(yīng)所給出的電量。它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉第定律計(jì)算求得的。 （2）實(shí)際容量：指在一定的放電制度下電池實(shí)際放出的電量。 （3）額定容量：指設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在一定的放電制度下應(yīng)該放出的最低限度的電量。電池SOC 從電量的角度出發(fā)將其定義為：電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值. SOC 用來反映電池的剩余

5、容量，其數(shù)值上定義為電池剩余容量占電池容量的比值 用荷電狀態(tài)來表征蓄電池的剩余容量. SOC不能直接從電池本身獲得，而只能通過測量電池組的外特性參數(shù)(例如：電流、電壓、自恢復(fù)性、溫度、充放電倍率、循環(huán)次數(shù)、老化程度等)間接獲得.電池內(nèi)阻 是指電流通過電極或電池時(shí)所受到的阻力，它包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)反應(yīng)中電極極化所造成的內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻包括由電極、隔膜和電解液等各部分歐姆內(nèi)阻及其接觸電阻。歐姆內(nèi)阻的特點(diǎn)：（1）與電池的幾何尺寸、電池的結(jié)構(gòu)和形狀、電池的裝配松緊度有關(guān)；（2）與放電深度有關(guān)；（3）與充放電電流無關(guān)。極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。電化學(xué)極化內(nèi)阻是在電極與電解質(zhì)溶液界面上進(jìn)行

6、電荷交換的阻力，也叫反應(yīng)電阻。濃差極化內(nèi)阻則是由于濃差極化而引起的對(duì)電流通過的阻礙作用。比較電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻，可以得知電化學(xué)反應(yīng)相對(duì)于液相傳質(zhì)的難易程度。電池內(nèi)阻 由于電池內(nèi)阻的存在，在電池充放電時(shí)會(huì)有部分電能或化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，降低了電池的能量效率；而且?dāng)電流越大，產(chǎn)生的熱量也就越多，溫升就越快，還會(huì)影響電池的正常工作。 根據(jù)測試所采用方法的不同，內(nèi)阻可分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻。 交流內(nèi)阻的標(biāo)準(zhǔn)測試方法是：采用1000 Hz對(duì)稱交流電，并且所施加電流不得導(dǎo)致電壓的變化超過未加電流時(shí)電壓的20 mV。交流內(nèi)阻值近似為電化學(xué)體系的純電阻值。電池內(nèi)阻 充電態(tài)內(nèi)阻與放電態(tài)內(nèi)阻有何不同？ 充

7、電態(tài)內(nèi)阻指電池100%充滿電時(shí)的內(nèi)阻，放電態(tài)內(nèi)阻指電池充分放電時(shí)后的內(nèi)阻。 一般來說，放電態(tài)的內(nèi)阻不太穩(wěn)定，且偏大，充電態(tài)內(nèi)阻較小，阻值也較為穩(wěn)定，在電池的使用過程中，只有充電態(tài)內(nèi)阻具有實(shí)際意義，在電池使用的后期，由于電解液的枯竭以及內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，電池內(nèi)阻會(huì)有不同程度的升高。電池內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻越小，輸出功率越高，電池的內(nèi)阻應(yīng)小于用電器的內(nèi)阻，否則電池本身消耗的功率還要大于用電器消耗的功率，這是不經(jīng)濟(jì)的，而且可能損壞電池，在額定電壓條件下電池的輸出功率隨電極表面積的增大工作溫度的上升而上升，反之亦然。電池自放電 自放電又稱荷電保持能力，它是指在開路狀態(tài)下，電池儲(chǔ)存的電量在一定環(huán)境條件

8、下的保持能力。自放電主要受制造工藝，材料，儲(chǔ)存條件的影響。電池儲(chǔ)存溫度越低，自放電率也越低，但也應(yīng)注意溫度過低或過高均有可能造成電池?fù)p壞無法使用自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一電池在貯存過程中由于非成流反應(yīng)而引起的放電容量的下降的現(xiàn)象。自放電分為可逆自放電和不可逆自放電?？赡孀苑烹娍梢酝ㄟ^再充電復(fù)原；而不可逆自放電則不能通過充電復(fù)原 電池充、放電常用方法 充電：主要可分為恒流、恒壓、脈充、恒流恒壓、涓流 放電：主要可分為恒流充電效率 指電池在一定放電條件下放至某一截止電壓時(shí)放出的容量與輸入的電池容量的比值,它可按照以下公式計(jì)算： 充電效率=（放電電流*放電至截止電壓的時(shí)間/充電電流*充電時(shí)間

9、）*100% 輸入的能量部分用來將活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換為充電態(tài)，部分消耗在副反應(yīng)上來產(chǎn)生氧氣，充電效率受到充電速率和環(huán)境溫度的影響，充電時(shí)充電電流必須在一定范圍內(nèi)，電流太小或太大充電效率都很低電池功率電池功率 電池的功率是指在一定的放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池所輸出的能量。而單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率稱為比功率，常用單位為W / Kg 或 W / L。 電池的質(zhì)量比功率代表每千克質(zhì)量的電池能提供的功率。它的大小決定電池所能輸出的最大功率，標(biāo)志著汽車的加速性能和最高車速，對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能等有直接影響。在混合動(dòng)力汽車中，電池的比功率是最關(guān)鍵的因素，因?yàn)殡姵氐碾姾谋M后可以在內(nèi)燃機(jī)工況下重新進(jìn)行充

10、電電池能量 即能量貯存密度，有體積能量和質(zhì)量能量兩種，其常用單位分別為Wh / L和Wh / Kg。影響比能量的幾個(gè)因素是：質(zhì)量效率、反應(yīng)效率（即活性物質(zhì)利用率）和電壓效率 電池放電速率 電池的放電速率常用倍率和時(shí)率來表示。 （1）倍率：指電池在一定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，它在數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)。 （2）時(shí)率：也稱為小時(shí)率，是以放電時(shí)間來表示的放電速率，即以一定的電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)。放電制度 所規(guī)定的電池放電時(shí)的各種條件，主要包括放電方法、放電速率、環(huán)境溫度和終止電壓等 充電制度 規(guī)定的電池充電時(shí)的各種條件，主要包括充電方法、充電速率、環(huán)境溫度和電壓壓降等 電池循

11、環(huán)壽命 按照一定的制度進(jìn)行充放電，其性能衰按照一定的制度進(jìn)行充放電，其性能衰減到某一程度時(shí)的循環(huán)次數(shù)。減到某一程度時(shí)的循環(huán)次數(shù)。 電池的工作是一個(gè)不斷充電-放電-充電-放電的循環(huán)過程，每充電和放電一次，動(dòng)力電池中的化學(xué)物質(zhì)就要發(fā)生一次可逆性的化學(xué)反應(yīng)。充電和放電的效率，最后部分或完全喪失其充電和放電 功能。 電池的工作循環(huán)次數(shù)是衡量電池壽命的重要指標(biāo)，對(duì)電池的使用有直接影響。電池工作溫度范圍電池工作溫度范圍 工作環(huán)境和使用條件要求電池在特定的溫度范圍內(nèi)具有良好的性能。 鎳氫電池的溫度范圍:-40-70度電池內(nèi)壓 由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力，主要受電池材料、制造工藝，結(jié)構(gòu)等使用過程因

12、素影響，是衡量電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。如果電池內(nèi)部壓力過高，就會(huì)使電池限壓裝置(如防爆球)開啟而引起電池泄氣或漏液，從而很快導(dǎo)致電池失效。如果限壓裝置失效，則有可能會(huì)引起電池殼體開裂或爆炸。 ，一般電池內(nèi)壓均維持在正常水平，在過充或過放情況下，電池內(nèi)壓有可能會(huì)升高。例如過充電正極產(chǎn)生的氧氣透過隔膜紙與負(fù)極復(fù)合，如果復(fù)合的速度低于產(chǎn)生的速度,產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗掉,就會(huì)造成電池內(nèi)壓升高. 電池化成、分選電池化成、分選（1）陳化封好口的電池先經(jīng)過陳化，常溫陳化的主要目的是使電解液均勻分布在電池內(nèi)部，高溫陳化的主要目的是加速電池的活化速度，使活性物質(zhì)表面在高溫堿液的處理中結(jié)構(gòu)發(fā)生變化有利于電池的快

13、速活化。（2）活化不同型號(hào)MH-Ni電池的活化制度不同，一般先用小電流充電，再用較大的電流充電，充電電流一般小于放電電流。電池經(jīng)過一個(gè)周期的充放電后電壓就達(dá)到了標(biāo)稱電壓。MH-Ni充電過程中電池溫度會(huì)上升，因此充電過程中一般保持恒溫。（3）分選由于單個(gè)電池的活性物質(zhì)和電解液的差異，它的容量和內(nèi)阻都不是很一致，必須將它們通過分選工序分選出來，相同容量、相同內(nèi)阻的可以匹配成電池組。電池的分選還有一種特性分選，它是在對(duì)匹配使用要求很高時(shí)采用的，是利用每個(gè)電池的充放電曲線來進(jìn)行分選，不但要容量內(nèi)阻一致，其充放電曲線也要求盡可能吻合，這樣對(duì)電池組的壽命很有利?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池的特別要求混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池的特別要求（1）大功率充放電能力：質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量蓄電池快速充放電能力的指標(biāo)，相對(duì)于比能量要求，混合動(dòng)力汽車對(duì)比功率要求更高。（2）充放電效率：動(dòng)力電池中能量的循環(huán)必須經(jīng)過充電-放電-充電的循環(huán)，高的充放電效率對(duì)保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。（3）相對(duì)穩(wěn)定性：動(dòng)力電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過程變工況的條件下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定，使其在動(dòng)力系統(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。 鎳氫動(dòng)力電池以其無污染、高比能、大