【电子基础知识】锂电池基本参数介绍

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【电子基础知识】锂电池基本参数介绍



1. 容量（Capacity，单位：Ah）


这是大家比较关心的一个参数。电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量（可用JS-150D做放电测试），即电池的容量，通常以安培·小时为单位（简称，以A·H表示，1A·h=3600C）。例如一个电池为48V 200ah,那么就是说该电池可以存储48V*200ah=9.6KWh,即9.6度电。电池容量按照不同条件分为实际容量、理论容量与额定容量。实际容量指在一定的放电制下（一定沉度，一定的电流密度和终止电压），电池所能给出的电量。实际容量一般都不等于额定容量，它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下，实际容量比额定容量偏小一些，有时甚至比额定容量小很多；理论容量指的是活性物质全部参加电池反应所给出的电量。即最理想状态下的容量；额定容量是指铭牌上所标明的电机或电器在额定工作条件下能长期持续工作的容量。通常对变压器指视在功率，对电机指有功功率，对调相设备指视在功率或无功功率，单位为VA，kVA，MVA；应用中，极板的几何尺寸、终止电压、温度、放电率等对电池容量都会产生影响，比如北方的冬季，如果在室外使用手机，电池容量会迅速下降。

2. 能量密度(Energy Density, 单位：Wh/kg或Wh/L)

能量密度，电池能量密度，对于给定的电化学储能装置，所能充入的能量与储能介质的质量或体积之比。前者称“质量能量密度”，后者称“体积能量密度”，单位分别为瓦·时/千克Wh/kg，瓦·时/升Wh/L。这里的电量，是上面提到的容量(Ah)与工作电压(V)的积分。在应用的时候，能量密度这个指标比容量更具有指导性意义。

基于当前的锂离子电池技术，能够达到的能量密度水平大约在100~200Wh/kg，这一数值还是比较低的，在许多场合都成为锂离子电池应用的瓶颈。这一问题同样出现在电动汽车领域，在体积和重量都受到严格限制的情况下，电池的能量密度决定了电动汽车的单次最大行驶里程，于是出现了“里程焦虑症”这一特有的名词。如果要使得电动汽车的单次行驶里程达到500公里(与传统燃油车相当)，电池单体的能量密度必须达到300Wh/kg以上。锂离子电池能量密度的提升，是一个缓慢的过程，远低于集成电路产业的摩尔定律，这就造成了电子产品的性能提升与电池的能量密度提升之间存在一个剪刀差，并且随着时间不断扩大。

3. 充放电倍率(Charge/Discharge rate, 单位：C)


充放电倍率是充电快慢的一种量度。这个指标会影响锂离子电池工作时的连续电流和峰值电流，其单位一般为C(C-rate的简写)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。例如电池的额定容量是20Ah，如果其额定充放电倍率是0.5C，那么就意味着这个电池，可以以20Ah*0.5C=10A的电流，进行反复的充放电，一直到充电或放电的截止电压。如果其最大放电倍率是10C@10s，最大充电倍率5C@10s，那么该电池可以以200A的电流进行持续10秒的放电，以100A的电流进行持续10秒的充电。


充放电倍率指标定义的越详细，对于使用时的指导意义越大。尤其是作为电动交通工具动力源的锂离子电池，需要规定不同温度条件下的连续和脉冲倍率指标，以确保锂 离子电池使用在合理的范围之内。

4. 电压(Voltage, 单位：V)



锂离子电池的电压，有开路电压、工作电压、充电截止电压、放电截止电压等一些参数。开路电压就是电池外部不接任何负载或电源，测量电池正负极之间的电位差，此即为电池的开路电压。工作电压就是电池外接负载或电源，处在工作状态，有电流流过时，测量所得的正负极之间的电位差。工作电压与电路组成情况以及设备的工作状态相关，是变化值。一般来说，由于电池内阻的存在，放电状态时的工作电压低于开路电压，充电时的工作电压高于开路电压。充/放电截止电压是指电池允许达到的最高和最低工作电压。超过了这一限值，会对电池产生一些不可逆的损害，导致电池性能的降低，严重时甚至造成起火、爆炸等安全事故。

5. 寿命(Cycle Life, 单位: times)及放电深度（Depth of discharge，DoD）


放电深度是表示电池放电量与电池额定容量的百分比。浅循环蓄电池的放电深度不应超过25%，深循环蓄电池则可释放80%的电量。电池的上限电压开始放电，到下限电压放电终止。把所有放出来的电量定义为100%。电池标准80%DOD意思就是放80%的电量。比如初始的SOC是100%，我放到20%就停止，这就是80%DOD。锂离子电池的寿命会随着使用和存储而逐步衰减，并且会有较为明显的表现。仍然以智能手机为例，使用过一段时间的手机，可以很明显的感觉到手机电池“不耐用”了，刚开始可能一天只充一次，后面可能需要一天充电两次，这就是电池寿命不断衰减的体现。锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命一般以次数为单位，表征电池可以循环充放电的次数。当然这里也是有条件的，一般是在理想的温度、湿度下，以额定的充放电电流进行深度的充放电(80%DOD)，计算电池容量衰减到额定容量的20%时，所经历的循环次数。
日历寿命的定义则比较复杂，电池不可能一直在充放电，有存储和搁置，也不可能一直处于理想环境条件，会经历各种温湿度条件，充放电的倍率也是时刻在变化的，所以实际的使用寿命就需要模拟和测试。简单的说，日历寿命就是电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达到寿命终止条件(比如容量衰减到20%) 的时间跨度。日历寿命与具体的使用要求是紧密结合的，通常需要规定具体的使用工况，环境条件，存储间隔等。日历寿命比循环寿命更具有实际意义，但由于日历寿命的测算非常复杂，而且耗时太长，所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。如需要获得日历寿命的数据，通常要额外付费，且要等待很长时间。

6. 内阻（internal resistance， 单位：Ω）

锂离子电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。

欧姆内阻由电极材料、电解质、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极极化和浓差极化引起的电阻。内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ)，内阻大的电池，在充放电的时候，内部功耗大，发热严重，会造成锂离子电池的加速老化和寿命衰减，同时也会限制大倍率的充放电应用。所以，内阻做的越小，锂离子电池的寿命和倍率性能就会越好。

7. 自放电

自放电现象就是电池如果一直闲置不使用，也会损耗电量的现象。电池在放置的时候，其容量是在不断下降的，容量下降的速率称为自放电率，通常以百分数表示：%/月。自放电是我们不希望看到的，一个充满电的电池，放个几个月，电量就会少很多，所以我们希望锂离子电池的自放电率越低越好。这里需要特别注意，一旦锂离子电池的自放电导致电池过放，其造成的影响通常是不可逆的，即使再充电，电池的可用容量也会有很大损失，寿命会快速衰减。所以长期放置不用的锂离子电池，电池一定要记得定期充电，避免因为自放电导致过放，性能受到很大影响。

8. 工作温度范围

由于锂离子电池内部化学材料的特性，锂离子电池有一个合理的工作温度范围(常见的数据在-20℃~60℃之间)，如果超出了合理的范围使用，会对锂离子电池的性能造成较大的影响。 不同材料的锂离子电池，其工作温度范围也是不一样的，有些具有良好的高温性能，有些则能够适应低温条件。锂离子电池的工作电压、容量、充放电倍率等参数 都会随着温度的变化而发生非常显著的变化。长时间的高温或低温使用，也会使得锂离子电池的寿命加速衰减。因此，努力创造一个适宜的工作温度范围，才能够最 大限度的提升锂离子电池的性能。除了工作温度有限制之外，锂离子电池的存储温度也是有严格约束的，长期高温或低温存储，都会对电池性能造成不可逆的影响。