动力电池主要性能参数

上文我们说了纯电动汽车的组成，其中有聊到目前电动汽车受限的一个关键因素是动力电池，它关于到电动汽车的性能，同时又限制了外被配套设备，如前面我们提到的充电桩的大小，其中限制的因素之一就有动力电池。今天我们就来聊一聊动力电池的主要参数 ......

动力电池主要以化学电池为主，也就是利用化学反应发电的电池。可以分为原电池、蓄电池以及燃料电池。物理电池一般用作辅助电源，比如超级电容。

动力电池，作为电动汽车的动力来源，其主要性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等等。

01 电压

电池电压主要有端电压、额定电压、开路电压、工作电压、充电终止电压和放电终止电压等。

①端电压：电池正极和负极之间的电位差；

②额定电压：电池在标准特定条件下工作时能够达到的电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液浓度来决定的；

铅酸蓄电池额定电压为 2V；金属氢化物镍蓄电池为 1.2V；磷酸铁锂电池为 3.2V；锰酸锂电池为 3.7V；

③开路电压：即电池没有负载情况下的端电压；

④工作电压：也称负载电压，指电池接通负载后处于放电状态下的端电压；

⑤充电种植电压：蓄电池充足电时，极板上的活性物质已经达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会再上升，此时的电压称作充电终止电压；铅酸蓄电池的充电终止电压为 2.7V 左右；金属氢化物镍蓄电池为 1.5V；锂离子电池为 4.25V；

⑥放电终止电压：指电池再一定条件下放电时，电池电压逐渐下降，当电池不宜再继续放电时，此时的最低工作电压我们成为放电终止电压；

如果电池低于放电终止电压后仍继续放电，电池两端的电压会迅速下降，形成深度放电，这样极板上形成的生成物在正常充电时就不容易再恢复，从而影响电池的寿命。

放电充值电压和放电率有关，放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，电池的容量越小。

02 容量

容量指的是完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总能量，单位是 A·h 或者 kA·h。等于放电电流和放电时间的乘积。单元电池内活性物质的数量决定了单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定；通常体积越大，容量越大。

电池的容量可以分为额定容量、n 小时率容量、理论容量、荷电状态等。

①额定容量：指的是在室温下完全充电的蓄电池以特定电流放电，达到终止电压时所放出的电量；

②n 小时率容量：指完全充电状态下的蓄电池以 n 小时率放电电流放电，达到规定终止电压时所释放的电量；

③理论容量：指把活性物质的质量按照法拉第定律计算所得到的最大理论值。为了比较不同类型的电池，我们常用比容量来比较，单位体积或者单位质量的电池所能释放出的理论电量，单位是 A·h/kg 或者 kA·h/kg；

④实际容量：也指可用容量，指蓄电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流和放电时间的乘积，它是小于理论容量的。实际容量反映了蓄电池实际存储电量的大小，容量越大，电动汽车的续航里程越远。在使用过程中，电池的实际容量会逐步衰减。

⑤荷电状态(SOC)：指蓄电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值，反应了蓄电池容量变化的特性。SOC=1 时，即表示蓄电池为充满状态。随着蓄电池的放电，蓄电池的电荷逐渐减少，此时蓄电池的充电状态可以用 SOC 值的百分比来表示电池中电荷的变化状态。一般蓄电池放电高效区为 50%~80%SOC。对蓄电池 SOC 值得估算已成为电池管理的重要环节。

03 内阻

电池的内阻指的是电流流过电池内部时所受到的阻力，一般是蓄电池 中电解质、正负极群、隔板等电阻的总和。电池内阻越大，电池自身消耗掉的能量越多，电池的使用效率越低。内阻很大的电池在充电时发热会很严重，使电池的温度急剧上升，对电池和充电机的影响都很大。随着电池使用次数的增加，由于电解液的消耗及电池内部化学物质活性的降低，蓄电池的内阻会有不同程度的升高。

04 能量

指在一定放电条件下，电池所能输出的电能，单位为 W·h 或者 kW·h，它影响电动汽车的续航里程。可以分为总能量、理论能量、实际能量、比能量、能量密度、充电能量和放电能量等。

①总能量：指蓄电池在其寿命周期内电能输出的总和；

②理论能量：是电池的理论容量与额定电压的乘积，指一定放电条件下，电池所输出的能量；

③实际能量：是电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下电池所能输出的能量；

④比能量：也称质量比能量，指电池单位质量所能输出的电能，单位为 W·h/kg。上面说到，它常用来比较不同的电池系统；

⑤能量密度：也称体积比能量，指电池单位体积所能输出的电能，单位为 W·h/L；

⑥充电能量：指通过充电机输入蓄电池的能量；

⑦放电能量：指蓄电池放电时输出的电能；

05 功率

电池的功率指电池在一定放电条件下，单位时间内所能输出能量的大小，单位 W 或者 kW。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。

①比功率：单位质量电池所能输出的功率称为比功率，也可以叫作质量比功率，单位 W/kg 或者 kW/kg；

②功率密度：从蓄电池的单位质量或者单位体积所获取的输出功率称为功率密度，单位 W/kg 或者 W/L。从蓄电池的单位质量所获取的输出功率称为质量功率密度；从蓄电池的单位体积电池所获取的输出功率称为体积功率密度；

06 输出效率

动力电池作为能量存储单元，充电时把电能转化为化学能存储起来，放电时把电能释放出来。在这个可你的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。

①容量效率：指电池放电时输出的容量与充电时输入的能量之比，即

式中，ηc 为电池的容量效率；Co 是电池放电时输出的容量，A·h；Ci 为电池充电时输入的容量，A·h。

影响电池容量效率的主要因素时副反应，当电池充电时，有一部分电量消耗在水的分解上，此外，自放电以及电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也降低容量输出。

②能量效率：也称电能效率，是指电池放电时输出的能量和充电时输入的能量之比，即

式中，ηE 是电池的能量效率；Eo 是电池放电时输出的能量，W·h；Ei 是电池充电时输入的能量，W·h。

影响能量效率的原因是电池存在内阻，它使得 电池充电电压增加，放电电压下降，内阻的能量损耗以电池发热的形式损耗掉。

07 自放电率

自放电率是指电池在存放器件容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度，表示蓄电池搁置后容量变化的特性。自放电率用单位时间容量降低的百分比表示，其表达式如下：

式中，ηΔc 是电池自放电率；Ca 是电池存储前的容量，A·h;Cb 是电池存储后的容量，A·h；Tt 是电池存储时间，一般以天为单位。

08 放电倍率

电池放电电流的大小常用放电倍率来表示，也就是用放电时间表示或者以一定放电电流放完额定容量所需的小时数来表示。可见，放电时间越短即放电倍率越大，放电电流越大。

放电倍率等于额定容量和放电电流之比。根据放电倍率的大小，可分为低倍率(＜0.5C)、中倍率(0.5~3.5C)、高倍率(3.5~7C)和超高倍率(＞7C)。

09 使用寿命

使用寿命指电池在规定条件下的有效寿命，包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数，也称循环寿命。

以上便是有关动力电池的主要性能指标，当然成本也是一个重要指标。