电池基本知识讲解课件.ppt

1、电池基本知识讲解彭军文什么叫电池 电池是通过电化学氧化还原反应将活性材料内存储的化学能直接转化为电能的装置（化学电源），它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供离子传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。本质上为一个能量转化器 通常在电池的能量转化过程中伴随着热能的产生。化学能电 能能量转化器能量转化器镍氢电池的发展历史镍氢电池的发展历史 主要分为3个阶段：(1)、上世纪60年代未至70年代末为可行性研究阶段；(2)、上世纪70年代末至80年代末为实用性研究阶段；1984年开始，荷兰、美国、日本研究开发储氢合金电极；1988年O

2、vonic公司，1989年日本等先后开发成功镍氢电池；(3)、上世纪90年至今的产业化阶段；电池的分类电池的分类 根据电极反应的可逆性可分为一次电池和二次电池(蓄电池)；二次电池又分为铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、燃料电池 根据电池的形状可分为圆形电池、方形电池、扣式电池等；根据电解液体系可分为碱性电池、酸性电池等；根据电池用途可分为常用电池、备用电池等；根据能量功率可分为能量型电池和功率型电池；电池的可靠性测试项目有哪些？1、循环寿命循环寿命 2、不同倍率放电特性、不同倍率放电特性 3、不同温度放电特性、不同温度放电特性 4、充电特性、充电特性 5、自放电特性、自放电特性 6、存

3、贮特性、存贮特性 7、容量、容量 8、温度循环测试、温度循环测试 9、不同温度内阻特性、不同温度内阻特性 10、高温测试、高温测试 电池的安全性能测试项目有哪些？1、短路 2、加热 3、过充 4、碰撞 5、过放 6、温升 7、挤压 8、穿透电池电压 标称电压：在正常工作过程中表现出来的电压，二次镍氢电池标称电压为1.2V 开路电压：外线路中没有电流通过时，电池两极之间的电位差。工作电压（负载电压）：外线路中有电流通过时，电池两极之间的电位差。终止电压：电池放电实验中，规定的结束放电的截止时间。中点电压：放到50%容量时电池的电压。主要用来衡量大电流放电系列电池高倍率放电能力，是电池的一个重要指

4、标。电池容量 指在一定的放电条件下，可以从电池获得的电量。一般用Ah或mAh来表示，它直接影响到电池的最大工作电流和工作时间。电池的容量有理论容量、实际容量和额定容量等几种。（1）理论容量：假设活性物质全部参与电池的成流反应所给出的电量。它是根据活性物质的质量按照法拉第定律计算求得的。（2）实际容量：指在一定的放电制度下电池实际放出的电量。（3）额定容量：指设计和制造电池时，规定或保证电池在一定的放电制度下应该放出的最低限度的电量。电池SOC 从电量的角度出发将其定义为：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.SOC 用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为电池剩余容量占电池容

5、量的比值 用荷电状态来表征蓄电池的剩余容量.SOC不能直接从电池本身获得，而只能通过测量电池组的外特性参数(例如：电流、电压、自恢复性、温度、充放电倍率、循环次数、老化程度等)间接获得.电池内阻 是指电流通过电极或电池时所受到的阻力，它包括欧姆内阻和电化学反应中电极极化所造成的内阻。欧姆内阻包括由电极、隔膜和电解液等各部分欧姆内阻及其接触电阻。欧姆内阻的特点：（1）与电池的几何尺寸、电池的结构和形状、电池的装配松紧度有关；（2）与放电深度有关；（3）与充放电电流无关。极化内阻包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电化学极化内阻是在电极与电解质溶液界面上进行电荷交换的阻力，也叫反应电阻。浓差极化内阻

6、则是由于浓差极化而引起的对电流通过的阻碍作用。比较电化学极化内阻和浓差极化内阻，可以得知电化学反应相对于液相传质的难易程度。电池内阻 由于电池内阻的存在，在电池充放电时会有部分电能或化学能转变为热量，降低了电池的能量效率；而且当电流越大，产生的热量也就越多，温升就越快，还会影响电池的正常工作。根据测试所采用方法的不同，内阻可分为交流内阻和直流内阻。交流内阻的标准测试方法是：采用1000 Hz对称交流电，并且所施加电流不得导致电压的变化超过未加电流时电压的20 mV。交流内阻值近似为电化学体系的纯电阻值。电池内阻 充电态内阻与放电态内阻有何不同？充电态内阻指电池100%充满电时的内阻，放电态内阻

7、指电池充分放电时后的内阻。一般来说，放电态的内阻不太稳定，且偏大，充电态内阻较小，阻值也较为稳定，在电池的使用过程中，只有充电态内阻具有实际意义，在电池使用的后期，由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低，电池内阻会有不同程度的升高。电池内阻 电池的内阻越小，输出功率越高，电池的内阻应小于用电器的内阻，否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率，这是不经济的，而且可能损坏电池，在额定电压条件下电池的输出功率随电极表面积的增大工作温度的上升而上升，反之亦然。电池自放电 自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。自放电主要受制造工艺，材料，储存条件

8、的影响。电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用自放电是衡量电池性能的主要参数之一电池在贮存过程中由于非成流反应而引起的放电容量的下降的现象。自放电分为可逆自放电和不可逆自放电。可逆自放电可以通过再充电复原；而不可逆自放电则不能通过充电复原 电池充、放电常用方法 充电：主要可分为恒流、恒压、脉充、恒流恒压、涓流 放电：主要可分为恒流充电效率 指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值,它可按照以下公式计算：充电效率=（放电电流*放电至截止电压的时间/充电电流*充电时间）*100%输入的能量部分用来将活性物质转换为充电态

9、，部分消耗在副反应上来产生氧气，充电效率受到充电速率和环境温度的影响，充电时充电电流必须在一定范围内，电流太小或太大充电效率都很低电池功率电池功率 电池的功率是指在一定的放电制度下，单位时间内电池所输出的能量。而单位质量或单位体积的电池所输出的功率称为比功率，常用单位为W/Kg 或 W/L。电池的质量比功率代表每千克质量的电池能提供的功率。它的大小决定电池所能输出的最大功率，标志着汽车的加速性能和最高车速，对电动汽车的动力性能等有直接影响。在混合动力汽车中，电池的比功率是最关键的因素，因为电池的电耗尽后可以在内燃机工况下重新进行充电电池能量 即能量贮存密度，有体积能量和质量能量两种，其常用单位

10、分别为Wh/L和Wh/Kg。影响比能量的几个因素是：质量效率、反应效率（即活性物质利用率）和电压效率 电池放电速率 电池的放电速率常用倍率和时率来表示。（1）倍率：指电池在一定时间内放出其额定容量时所输出的电流值，它在数值上等于额定容量的倍数。（2）时率：也称为小时率，是以放电时间来表示的放电速率，即以一定的电流放完额定容量所需的小时数。放电制度 所规定的电池放电时的各种条件，主要包括放电方法、放电速率、环境温度和终止电压等 充电制度 规定的电池充电时的各种条件，主要包括充电方法、充电速率、环境温度和电压压降等 电池循环寿命 按照一定的制度进行充放电，其性能衰按照一定的制度进行充放电，其性能衰

11、减到某一程度时的循环次数。减到某一程度时的循环次数。电池的工作是一个不断充电-放电-充电-放电的循环过程，每充电和放电一次，动力电池中的化学物质就要发生一次可逆性的化学反应。充电和放电的效率，最后部分或完全丧失其充电和放电 功能。电池的工作循环次数是衡量电池寿命的重要指标，对电池的使用有直接影响。电池工作温度范围电池工作温度范围 工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内具有良好的性能。镍氢电池的温度范围:-40-70度电池内压 由于充放电过程中产生的气体所形成的压力，主要受电池材料、制造工艺，结构等使用过程因素影响，是衡量电池性能优劣的重要指标。如果电池内部压力过高，就会使电池限压装置(如

12、防爆球)开启而引起电池泄气或漏液，从而很快导致电池失效。如果限压装置失效，则有可能会引起电池壳体开裂或爆炸。，一般电池内压均维持在正常水平，在过充或过放情况下，电池内压有可能会升高。例如过充电正极产生的氧气透过隔膜纸与负极复合，如果复合的速度低于产生的速度,产生的氧气来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高.电池化成、分选电池化成、分选（1）陈化封好口的电池先经过陈化，常温陈化的主要目的是使电解液均匀分布在电池内部，高温陈化的主要目的是加速电池的活化速度，使活性物质表面在高温碱液的处理中结构发生变化有利于电池的快速活化。（2）活化不同型号MH-Ni电池的活化制度不同，一般先用小电流充电，再用较大的

13、电流充电，充电电流一般小于放电电流。电池经过一个周期的充放电后电压就达到了标称电压。MH-Ni充电过程中电池温度会上升，因此充电过程中一般保持恒温。（3）分选由于单个电池的活性物质和电解液的差异，它的容量和内阻都不是很一致，必须将它们通过分选工序分选出来，相同容量、相同内阻的可以匹配成电池组。电池的分选还有一种特性分选，它是在对匹配使用要求很高时采用的，是利用每个电池的充放电曲线来进行分选，不但要容量内阻一致，其充放电曲线也要求尽可能吻合，这样对电池组的寿命很有利。混合动力系统对电池的特别要求混合动力系统对电池的特别要求（1）大功率充放电能力：质量比功率和体积比功率是衡量蓄电池快速充放电能力的

14、指标，相对于比能量要求，混合动力汽车对比功率要求更高。（2）充放电效率：动力电池中能量的循环必须经过充电-放电-充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。（3）相对稳定性：动力电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。镍氢动力电池以其无污染、高比能、大功率、可循环再利用、长寿命、无记忆效应等优异特性，成为作为目前新能源汽车动力电池之一。根据丰田公司数据显示：2007 年全球镍氢HEV 销量达44.88万辆，全球镍氢HEV 销量超过50 万辆，镍氢HEV 市场份额达88.4%，中商情报网分析认为，2008 年镍氢HEV 市场份额达88.6%，2012年突破100万用量，市场占有率达90%以上，合计销售达到400万量以上。目前，镍氢动力电池已经成为混合动力汽车电池的主要类型。