这一期，我要和大家聊聊电池相关的内容。电池你应该不陌生，从电动玩具、遥控器用干电池、电动玩具用镍氢充电电池，到汽车电池用12v、24v铅酸电池，再到笔记本电脑、电动车常用的锂离子电池。电池已应用于电动工具、电动汽车和自行车、航空航天空、太阳能和风力发电及储能等。为了更好的利用电池，这个话题就和大家探讨一下。首先介绍电池的分类和工作原理。

电池的分类有很多种，依据能量可以分为化学电池、物理电池和生物电池。

在化学电池中，可以进行以下细分。

依据电池能否重复使用，可分为一次电池和二次电池。

一次电池和二次电池有什么异同？

一次电池只能放电一次，二次电池可以反复充放电循环使用。

二次电池放电时，电极的体积和结构发生可逆的变化，所以在设计时必须调整这些变化，而一次电池内部就简单得多，因为它不需要调整这些可逆的变化。

一次电池的质量比容量和体积比容量比一般充电电池大，但内阻(0.2-0.5ω)比二次电池大得多，所以负载能力低。

另外，一次电池的自放电比二次电池小得多。

常见的原电池是锌锰干电池，外观和工作原理如图所示。

这种电池成本低，不能重复使用。

常见的二次电池有电子表中常用的镍氢电池、车载电池中常用的铅酸电池以及当前电动工具和电动飞机、电动汽车、自行车中使用的锂离子电池。

铅酸蓄电池的工作原理

镍氢电池的工作原理

镍电池单体电池标称电压为1.2v；

能量密度为55Wh/kg ~ 70Wh/kg；

功率密度为160 w/kg ~ 500 w/kg；

工作温度为-28℃~+50℃；

循环寿命超过1000次(DOD=100%)。

国防部排放深度。

锂离子电池的工作原理

现有的二次电池比较如下

从图中可以看出，锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度，逐渐成为主流选择。铅酸电池虽然成本低，但体积大，能量密度低。镍基电池电压等级低，单体平均只有1.2V，因此锂离子电池逐渐受到市场青睐。

在了解电池的特性之前，需要普及一下电池行业的一些术语。

1.额定容量

也称额定容量，是指在一定放电条件下，电池应给出的最小电量。

IEC标准规定，镍氢电池在20±5℃以0.1C充电16小时，以0.2C至1.0V放电的额定容量为C5。

电池的容量C=It，单位为Ah，mAh(1Ah=1000mAh)。

不带角度标记的C的默认值为1C。

2.放电和放电率

放电是指电池向外电路发送电流的过程。

放电率是指放电的速率。最常用的倍率(C)表示其值等于额定容量的倍数。

比如容量C=600mAh的电池在0.2C放电，放电电流为I=0.2*600=120mA。

我们平时说的0.2C，1C的容量，就是放电倍率为0.2C5，1C时放电的容量。

3.开路电压、端电压和标称电压

开路电压:外部电路断开时，电池两端的电位差。

端电压:电池输入电流时，电池两端的电位差。

标称电压:电池的标称电压是指正常工作时所表现出的电压(低电流、轻负载)。二次镍氢、镍镉电池标称电压为1.2V，二次锂离子电池标称电压为3.6V或3.7V，铅酸蓄电池标称电压为2.0V，锌锰干电池标称电压为1.5V。

4.终端电压和中点电压

切断放电电压

当电池放电时，电压下降到不适合进一步放电的最低工作电压(其值与放电电流有关)。比如镍氢电池在0.2C、1C的放电通常设定为1.0V；

中点电压(中间电压)

指50%容量时的电池电压。主要用于测量大电流放电系列电池的高倍率放电容量，是电池的重点指标。

5.比容和比能

比容量是指单位体积或单位重量的电池所赋予的容量，称为重量比容量或体积比容量。

公式:c “= c/g (ah/kg)，c” = c/v (ah/l)。

比能量是指单位体积或单位重量的电池所给予的能量，称为重量比能量或体积比能量。

公式:e “= e/g (wh/kg)，e” = e/v (wh/l)。

比容量和能量的区别在于比能量引入了电池电压的参考。镍氢电池比容量比锂离子电池高，比能量比锂离子电池低，因为镍氢电池的电压是1.2V，锂离子电池是3.6V

6、SOC

电池的荷电状态(SOC)，即电池的剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止电池因过充或过放而损坏，从而预测电动汽车或混合动力汽车储能电池的剩余能量或随时的荷电状态。

常用的SOC估算算法

1)安时法/库仑计数法

2)开路电压，OCV (OCV)

3)卡尔曼滤波法(Kalman filtering)

4)神经网络模型。

7.储存寿命、循环寿命和健康状态

保存期限

电池在规定条件下的贮存期，贮存结束时，电池仍能保持规定的性能。

循环寿命

电池失效前可以达到的充放电循环次数。

健康状态

电池的SOH(健康状态)是电池的健康状态，是反映电池整体性能及其在一定条件下释放电能能力的参数。定义为SOH=Qnow/Qnew，即一定条件下电池总可放电容量与新电池容量的比值。

8.内部组

电池内阻是指电池工作时电流流经电池的电阻，一般分为交流内阻和DC内阻。由于充电电池的内阻很小，在测量DC内阻时，由于电极容量的极化，无法测出其真实值，而测量交流内阻可以避免极化内阻的影响，得到真实的内阻值。

欧姆主要是指电极材料、电解液、隔膜电阻和各部分接触电阻的组成，与电池的尺寸、结构和装配有关。

9.自放电

电池在充电或储存时，由于各种原因造成容量损失的现象。(主要受温度影响)

如果你设计电池供电的部分，你更喜欢哪种电池用于哪种应用？为什么？

声明:以上概念和图纸均来源网络和文献，参考如下:电池混合动力汽车基础。

陈清泉编译北京理工大学出版社

现代电动汽车、电机驱动和电力电子技术

陈清泉院士论文选集机械工业出版社

电动汽车介绍

李星虎主编北京理工大学出版社

燃料电池电动汽车

陈全世邱斌谢启成等著清华大学出版社

奥运纯电动公交车技术及应用

王乘盛宴，孟祥峰，北京理工大学出版社

锂离子电池原理及关键技术

黄克龙、王兆祥、刘素勤，化学工业出版社

以上图文由EEWORLD论坛用户:sjl2001原创，在此感谢。

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