1、动力电池基础

关键参数及其含义

• 倍率

o 定义: 指电池在规定时间内放出额定容量所需的电流值，数值上等于额定容量的倍数，⽤字⺟ C 表示

o 示例: 10Ah电池以20A放电即为2C倍率放电

o 应⽤: ⽤于表征电池功率能⼒，C值越⼤表示功率特性越好

• 内阻 （Ω）

o 定义: 指电池在充放电时，电流经过电池内部所受到的阻力

o 组成: 分为欧姆内阻和极化内阻

o 影响: 直接影响电池功率特性和热特性

o 关系: 内阻越⼤倍率特性越差

• 额定容量(Ah)

o 定义: 额定容量是指电池充满电后，环境温度为20+5℃℃条件下，以厂家规定的电流(一般0.2C)放电至规定的终止电压过程中累计的电量。

o 测试条件: 20±5℃环境温度，0.2C放电⾄截⽌电压

• 实际容量

o 定义: 实际容量(Ah)是指电池充满电后，在一定条件下(任意温度、任意电流)所放出的实际电量。

o 影响因素: 受放电倍率、温度及⽼化程度影响

o 注意事项: 必须明确放电条件才能讨论实际容量

o 区别: 实际容量常与额定容量不相等

• 开路电压（OCV）

o 定义: 开路电压OCV指电池在非工作状态下，电池正负极之间的电位差。在电池管理中，很特别地，OCV一般指在无电流，且电池电压达到足够平衡状态时，正负极之间的电位差。

o 别称: 稳态开路电压(强调平衡状态)

o 重要性: 电池管理中的关键物理量

• 端电压

o 定义: ⼯作状态或⾮平衡状态下的电位差

o 区别: 与OCV的关键差异在于是否达到平衡状态

• 截⽌电压

o 定义: 即Cut-off Voltage，是指电池在放电(或充电)时，电压下降(或上升)到电池不宜再继续放电(充电)的最低(或最高)工作电压值。

o 典型值:

  三元电池: 2.7V(下限)/4.2V(上限)

  磷酸铁锂: 2.5V(下限)/3.6V(上限)

o 作⽤: 充放电过程的安全边界限制

• ⾃放电

o 定义: 自放电又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件(如特定温度、特定SOC)下的的保持能力。

o 示例: 80%SOC存放1个⽉降⾄60%

o 影响因素: 温度、初始SOC等特定条件

• 循环寿命

o 定义: Cycle Life，指电池在某一充放电制度下，容量(或内阻)下降(上升)到某一规定的值时，所经历的充放电次数，一般用cycles表示。

o 评估指标: 容量下降或内阻上升

• ⽇历寿命

o 定义: Calendar Life，指电池在一定条件下静置，容量(或内阻)下降(上升)到某一规定的值时所经历的时间，一般用月或年表示。

o 单位: ⽉/年

o 评估⽅式: 静置状态下的性能衰减

• CC-CV充电

o 定义: 指电池充电的一种制度CC表示恒电流，CV表示恒电压，CC-CV表示对电池先进行恒流充电达到某一电压后，保持恒压充电的方法。

o 流程: 先恒流(CC)充电⾄截⽌电压→转恒压(CV)充电

o 应⽤: 锂离⼦电池最常⽤充电⽅法

• 荷电状态

o 定义: 即State ofCharge(SOC)，在特定条件下，电池当前储存的电量占当前可用容量的百分比，用%表示。SOC是表征电池状态最重要参量之一

o 现状: 定义尚未统⼀，是电池管理的⾸要任务

• 放电深度（Depth of Discharge，DOD）

o 定义:指特定工况下，电池放出的电量占当前可用容量的百分比

o 关系式: DOD= 100 % − SOC

o 注意事项: 与SOC类似存在定义争议

• 健康状态（State of Health，SOH）

o 定义：表示与新电池对比，电池当前的性能所能达到的水平，即指电池当前的性能与正常设计指标的偏离程度，是评估电池当前性能⽔平的重要指标

o 表征⽅法：

  容量变化：适⽤于偏重能量应⽤场景（如储能系统）

  内阻变化：适⽤于偏重功率应⽤场景（如电动汽⻋加速）

o 特点：

  ⽬前尚⽆统⼀定义标准

  具体关注指标需根据实际应⽤需求确定

• 功率状态（State of Healt，SOP）

o 定义：在特定条件下电池当前最⼤可充放电功率，单位为千⽡（kW）

o 关键影响因素：

  电池温度

  当前SOC（荷电状态）

  SOH（健康状态）

  电池单体⼀致性

  期望功率持续时间

o 注意事项：

  需明确说明测试条件（温度、SOC点）

  区分新旧电池测试结果

  区分瞬时功率与持续功率（瞬时功率值通常更⼤）

o 估计⽅法：

主要输⼊参数：温度、SOC、SOH

单体⼀致性难以直接获取，需通过其他⽅式考虑

• 功能状态

o 定义: 指电池能够完成期望功能的程度，⽬前定义尚不统⼀

o 应⽤现状:

  部分电池管理系统未包含该参数

  存在定义差异：有些系统采⽤0/1⼆元判断（1表示正常使⽤，0表示不能使⽤）

o 简化处理：某些应⽤中直接等同于功率状态(SOP)

o 与SOP关系:

  故障状态下电池会降功率运⾏

  功率变化可间接反映功能状态

o 注意点: 该参数⽬前在⾏业中存在理解不⼀致的情况

• 能量密度

o 定义: 电池单位体积或单位质量储存的能量

o 计量单位:

  体积⽐能量： Wh / L （⽡时每升）

  质量⽐能量： Wh / kg （⽡时每公⽄）

o 重要性:影响电池结构设计关键指标

o 设计考量:

  体积⽐能量影响空间布置

  质量⽐能量影响轻量化设计

o 单体与整组差异:

  单体能量密度与整组能量密度存在显著差异

  存储效率：⽤于量化单体与整组能量密度的差异值

• 功率密度

o 功率密度的单位

  体积功率密度: 单位体积下电池能释放或吸收的最⼤功率，单位为 W/L （⽡每升）

  质量功率密度: 单位质量下电池能释放或吸收的最⼤功率，单位为 W/kg （⽡每公⽄）

  选型关键参数: 在电池初步选型和设计时，能量密度和功率密度是⾸要考虑的两个核⼼参数，直接决定电池能否满⾜应⽤需求

• 单体⼀致性

o定义: 表征电池系统内部各单体差异性的指标，在成组过程中出现

o差异表现:

　　开路电压差异: 单体间初始电压不⼀致

　　内阻差异: 影响充放电效率

　　⾃放电率差异: 存放期间电量损失程度不同

　　容量差异: 导致存储能量不⼀致

现状: ⽬前⾏业尚⽆标准参数来量化⼀致性程度

• ⽐热容

o定义: 单位质量电池温度升⾼1 ∘ C 所需热量，单位 J / kg ∘ C

o特性: 值越⼤吸热能⼒越强，不同材料体系设计差异约10%

• 导热系数

o定义:反映电池单体内部热量传递能力的一个参数，导热能力约好，电池单体内部温度差异越小;导热系数原来针对均质材料而言，对于电池实际是平均导热系数的概念，且各向异性

o单位: W/mK （⽡每⽶每开尔⽂）

o复合体特性: 需⽤平均导热系数表征，且存在各向异性（如软包/⽅形/圆柱电池不同⽅向导热能⼒不同）

• 热失控

o定义: 电池的一种状态，在该状态下，电池内部产生剧烈的物理、化学变化，导致电池自身释放大量的热，使得电池单体温度急剧上升，最终可引起电池起火甚至爆炸。

o特征: 内部剧烈物理化学反应导致⾃发热，温度急剧上升（可达800 ∘ C）

o研究现状: 演变规律复杂，⽬前仍有多项机理未明确