這一期，準備和大家聊聊電池相關的內容，電池大家應該是再熟悉不過的了，從電動玩具、遙控器用的干電池、電動玩具用的鎳氫充電電池，到汽車電瓶12v，24v鉛酸電池，再到筆記本電腦、電動汽車普遍采用的鋰離子電池，電池已經應用到了電動工具、電動汽車和自行車、航天航空、太陽能和風力發電及儲能等多個領域。為了更好的應用電池，開此專題和大家討論，首先介紹一下電池的分類和工作原理。

　　電池的分類方法有很多，按照電池能量進行劃分可以分為化學電池、物理電池、生物電池。

　　在化學電池中又可以進行如下細分

　　根據電池是否可以重復使用，可以分為一次電池和二次電池

　　一次電池與二次電池的有哪些異同點

　　?一次電池只能放電一次，二次電池可反復充放電循環使用

　　?二次電池在放電時電極體積和結構之間發生可逆變化，因此設計時必須調節這些變化，而一次電池內部則簡單得多，因為它不需要調節這些可逆性變化

　　?一次電池的質量比容量和體積比容量均大于一般充電電池，但內阻（0.2-0.5Ω）遠比二次電池大，因此負載能力較低

　　?另外，一次電池的自放電遠小于二次電池。

　　常見的一次電池是鋅錳干電池，外觀和工作原理如圖

　　這種電池成本較低，不可重復使用。

　　常見的二次電池包括電子手表中常用的鎳氫電池和車用電瓶常用的鉛酸電池以及目前在電動工具和電動飛行器以及電動汽車和自行車采用的鋰離子電池。

　　鉛酸電池工作原理

　　鎳氫電池工作原理

　　鎳氫電池單體電池的標稱電壓為1.2V；

　　能量密度為55Wh/kg~70Wh/kg;

　　功率密度為160W/kg~500W/kg;

　　工作溫度為-28°C~+50°C;

　　循環使用壽命超過1000次（DOD=100%）。

　　DOD depth of discharge.

　　鋰離子電池工作原理

　　對現有的二次電池進行比較如下

　　從圖中可以看出，鋰離子電池具有較高的能量密度和功率密度，已經逐漸成為主流選擇，鉛酸電池雖然成本低，但是體積大，能量密度低。鎳氫電池則電壓等級低，一般單體只有1.2V. 因此，鋰離子電池逐漸受到市場青睞。

　　在了解電池特性之前，需要對電池行業的一些術語進行一下普及。

　　1、標稱容量

　　?又稱額定容量，指在一定放電條件下，規定電池應該給出的最低限度的電量。

　　?IEC標準規定：鎳氫電池在20±5℃環境下，以0.1C充電16小時后，以0.2C放電至1.0V時所放出的電量為電池的額定容量，以C5表示；

　　?電池容量C=It，單位有Ah，mAh（1Ah=1000mAh）。

　　?C不加角標默認為1C。

　　2、放電和放電率

　　?放電指電池向外電路輸送電流的過程

　　?放電率指放電時的速率。最常用倍率（若干C）表示，其數值上等于額定容量的倍數。

　　如：容量C=600mAh電池，用0.2C放電，則放電電流為I=0.2*600=120mA。

　　我們通常所說的0.2C、1C容量，就是在放電率為0.2C5、1C條件下，放出的容量。

　　3、開路電壓、端電壓、標稱電壓

　　?開路電壓： 外電路斷開時，電池兩個極端間的電位差。

　　?端電壓： 電池輸入電流時，電池兩個極端間的電位差。

　　?標稱電壓： 電池的標稱電壓指的是在正常工作過程中表現出來的電壓（小電流，輕負載），二次鎳氫、鎳鎘電池標稱電壓為1.2V ，二次鋰離子電池的標稱電壓為3.6V或3.7V，鉛酸蓄電池的標稱電壓為2.0V，鋅錳干電池標稱電壓為1.5V。

　　4、終止電壓、中點電壓

　　?終止電壓

　　電池在放電時，電壓下降到不宜再繼續放電的最低工作電壓 （ 其數值與放電電流有關）。如：鎳氫電池0.2C、 1C 放電通常設定為1.0V；

　　?中點電壓（中值電壓）

　　指放到50%容量時，電池的電壓。主要用來衡量大電流放電系列電池的高倍率放電能力，是電池的一個重要指標。

　　5、比容量、比能量

　　?比容量是指單位體積或重量的電池所給出的容量，稱之為重量比容量或者體積比容量。

　　計算公式：C”=C/G（Ah/kg），C”=C/V（Ah/L）。

　　?比能量是指單位體積或重量的電池所給出的能量，稱之為重量比能量或體積比能量。

　　計算公式：E”=E/G（Wh/kg），E”=E/V（Wh/L）。

　　?比容量比能量區別在于比能量引進了電池的電壓的參考。鎳氫電池的比容量高于鋰離子電池，比能量低于鋰離子電池，是因為鎳氫電池的電壓為1.2V而鋰離子電池的電壓為3.6V的緣故。

　　6、SOC

　　電池的荷電狀態 （Stateof Charge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預報電動汽車或混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態。

　　?常用SOC估算算法

　　1）安時法/庫倫累計法（Coulomb-Counting）

　　2）開路電壓法（open-circuitvoltage，OCV）

　　3）卡爾曼濾波法（ Kalman filtering ）

　　4）神經網絡模型法（ neural network model）

　　7、貯存壽命、循環壽命、健康狀態

　　?貯存壽命

　　電池在規定條件下的貯存期限，貯存結束時，電池仍能保持規定的性能。

　　?循環壽命

　　電池在失效前所能達到的充放電循環次數。

　　?健康狀態

　　電池的SOH（State of Health）即電池的健康狀態，是反映電池的整體性能以及在一定條件下釋放電能能力的參數，定義為SOH=Qnow/Qnew，即某一條件下電池可放電總電量占新電池電量的比值。

　　8、內組

　　?電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，一般分為交流內阻和直流內阻，由于充電電池內阻很小，測直流內阻時由于電極容量極化，產生極化內阻，故無法測出其真實值，而測其交流內阻可免除極化內阻的影響，得出真實的內值。

　　?歐姆內阻主要是指電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結構、裝配等有關。

　　9、自放電

　　?電池在荷電或貯存狀態下，由于各種原因而引起的容量損失的現象。（主要受溫度影響）

　　如果你來設計電池供電部分，你傾向于選擇哪種電池用于哪方面應用，為什么？

　　結合上面的基本概念，你感覺電動汽車充電時間長受那幾個因素的制約？