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2017.08.21
电池概述
定义
电池(Battery)：指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。
分类
电池总体分类览表
化学电池细分览表
1、标称容量
又称额定容量，指在一定放电条件下，规定电池应该给出的最低限度的电量。
IEC标准规定：镍氢电池在20±5℃环境下，以0.1C充电16小时后，以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C5表示；
电池容量C=It，单位有Ah，mAh(1Ah=1000mAh)。
C不加角标默认为1C。
2、放电和放电率
放电指电池向外电路输送电流的过程。
放电率指放电时的速率。最常用倍率（若干C）表示，其数值上等于额定容量的倍数。
如：容量C=600mAh电池，用0.2C放电，则放电电流为I=0.2*600=120mA。
我们通常所说的0.2C、1C容量，就是在放电率为0.2C5、1C条件下，放出的容量。
3、开路电压、端电压、标称电压
开路电压:外电路断开时，电池两个极端间的电位差。
端电压:电池输入电流时，电池两个极端间的电位差。
标称电压:电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压（小电流，轻负载），二次镍氢、镍镉电池标称电压为1.2V，二次锂离子电池的标称电压为3.6V或3.7V，铅酸蓄电池的标称电压为2.0V，锌锰干电池标称电压为1.5V。
4、终止电压、中点电压
终止电压
电池在放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压(其数值与放电电流有关)。如：镍氢电池0.2C、1C放电通常设定为1.0V；
中点电压(中值电压)
指放到50%容量时，电池的电压。主要用来衡量大电流放电系列电池的高倍率放电能力，是电池的一个重要指标。
5、比容量、比能量
比容量是指单位体积或重量的电池所给出的容量，称之为重量比容量或者体积比容量。
计算公式：C”=C/G(Ah/kg)，C”=C/V(Ah/L)。
比能量是指单位体积或重量的电池所给出的能量，称之为重量比能量或体积比能量。
计算公式：E”=E/G(Wh/kg)，E”=E/V(Wh/L)。
比容量比能量区别在于比能量引进了电池的电压的参考。镍氢电池的比容量高于锂离子电池，比能量低于锂离子电池，是因为镍氢电池的电压为1.2V而锂离子电池的电压为3.6V的缘故。
6、SOC
电池的荷电状态(StateofCharge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报电动汽车或混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。
常用SOC估算算法
1)安时法/库伦累计法（Coulomb-Counting）
2)开路电压法（open-circuitvoltage,OCV）
3)卡尔曼滤波法（Kalmanfiltering）
4)神经网络模型法（neuralnetworkmodel）
7、贮存寿命、循环寿命、健康状态
贮存寿命：电池在规定条件下的贮存期限，贮存结束时，电池仍能保持规定的性能。
循环寿命：电池在失效前所能达到的充放电循环次数。
健康状态：电池的SOH（StateofHealth）即电池的健康状态，是反映电池的整体性能以及在一定条件下释放电能能力的参数，定义为SOH=Qnow/Qnew，即某一条件下电池可放电总电量占新电池电量的比值。
8、内组
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，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。
欧姆内阻主要是指电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，与电池的尺寸、结构、装配等有关。
9、自放电
电池在荷电或贮存状态下，由于各种原因而引起的容量损失的现象。（主要受温度影响）
常见蓄电池、锂电池叙述
蓄电池
1、铅酸蓄电池
铅酸蓄电池已有１００多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。
2、镍氢蓄电池
镍氢蓄电池属于碱性电池，镍氢蓄电池循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。
3、锂离子电池
锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，其独特的物理和电化学性能，具有广泛的民用和国防应用的前景。其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。
4、镍镉电池
镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池，其比能量可达55Wh/kg，比功率超过190W/kg。可快速充电，循环使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的4～5倍。缺点是有“记忆效应”，容易因为充放电不良而导致电池可用容量减小。须在使用十次左右后，作一次完全充放电，如果已经有了“记忆效应”，应连续作3～5次完全充放电，以释放记忆。另外镉有毒，使用中要注意做好回收工作，以免镉造成环境污染。
5、钠硫蓄电池
钠硫电池的优点：一个是比能量高。另一个是可大电流、高功率放电。再一个是充放电效率高。钠硫电池缺点，主要其工作温度在300～350℃，所以，电池工作时需要一定的加热保温。而高温腐蚀严重，电池寿命较短。
6、镍锌蓄电池
新型密封镍锌电池具有高质量能、高质量功率和大电流放电的优势。这种优势使得镍锌电池能够满足电动车辆在一次充电行程、爬坡和加速等方面对能量的需求。
7、锌空气蓄电池
锌空气电池又称锌氧电池，是金属空气电池的一种。优点：体积小，电荷容量大，质量小，能在宽广的温度范围内正常工作，且无腐蚀，工作安全可靠。缺点：锌电极在电解还原过程中，比较耗能，每吨氧化锌还原成锌需要消耗2500度电，成本较高。
8、飞轮电池
飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。当飞轮电池出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高(200000r/min)，使用的轴承为非接触式磁轴承。
锂电池
1、三元材料
三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，具有容量高、成本低、安全性好等优异特性。
2、磷酸铁锂
3、锰酸锂
锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群。锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。