锂電池應用及其普遍,手機及數碼産品、平闆電腦及筆記本、電動工具、電動自行車、電動汽車、後倍電源及儲能等各個領域。锂電池的類型也多種多樣。
這裡我們重點介紹一下锂電池的幾個重要參數。并結合電動自行車電池在應用中的分析。
一、充放電倍率充放電倍率高越好。“C”是形容電池充放電電流大小的專用符号。1C放電就代表1小時内把電池從滿電放到空的電流大小。
電池容量為2000mAH,那麼這顆電池的1C放電電流就是2Ah。
比亞迪e6電動汽車中使用的電池組容量是200AH,則這個電池1C放電電流就是200Ah
一個電池如果用高倍率放電,通常放出的能量比低倍率少。
上圖為不同放電倍率下锂電池放出的電量,從上圖測試結果可知這顆動力電池使用2C放電放出的能量隻有1C放電下的96%電量,使用0.2C放電放出的能量隻有1C放電下的102%電量。
二、充放電循環次數循環次數越多越好。500次是锂電池的常見值,根據不同材料制作的锂電池充放電次數從300-3000次不等。這個值的具體含義每個工廠可能略有不同,大緻可以理解為:按廠商規定的充放電倍率(比如1C放電,0.3C充電;每次從0%充放到100%,照此循環)下,500次循環後,電池容量還剩最初的80%。充放電次數和使用習慣的關系太大了,我們舉幾個例子。
1、充放電強度對循環次數的影響
工廠标注:每次從0%充放到100%,1C放,0.3C充,500次後容量衰減到80%,這是最嚴苛的測試循環,也可以不這麼嚴格,看下面
如果每次電量的循環都在25%-75%,1C放,0.3C充,2000次後容量衰減到80%
如果每次電量的循環都在25%-75%,3C放,0.3C充,1600次後容量衰減到80%
2、淺充淺放對壽命的影響
工廠标注:每次從0%充放到100%,1C放,0.3C充,500次後容量衰減到80%,是最嚴苛的測試循環,也可以不這麼嚴格,看下面
每次電量的循環都在25%-75%,1C放,0.3C充,2000次後容量衰減到80%
每次電量的循環都在50%-100%,1C放,0.3C充,1800次後容量衰減到80%
以上兩個例子可看出充放電的倍率越小、越有利于壽命提升;淺充淺放也有利于壽命提升。
三、内阻内阻越小越好,這個參數随負載大小、溫度等因素随時變化,随着電池壽命減少,内阻也在逐漸增大。内阻越小的電池越可以高倍率充放電,18650的普通電池内阻在50mΩ左右,動力型的18650電池在15mΩ左右。
想知道内阻多大需要用專用的設備測量,普通萬用表不行。
内阻測試儀
上圖為電池内阻測試儀
四、電池一緻性
采用相同材料、相同工藝生産的電池在容量、内阻、充放電曲線上的一緻性越高越好。電池能否大規模組成電池組這一點非常關鍵,電池組規模越大對一緻性要求越高。
根據電動自行車用锂電池的應用,對各參數做詳細分析。
絕大多數電動車用的都是鉛酸電池。從2005年後開始出現了采用锂電池的電動自行車,常見的規格是電壓36V/48V,容量8Ah-12Ah。帶腳蹬子的那種電動自行車如果使用48V12Ah的锂電池,純電續航達35公裡。
一、充放電倍率
驅動自行車對充電方面沒有特别要求,常見的充電倍率是0.1C-0.3C之間,電池廠輕松達标,但放電倍率上稍高,至少要滿足1C,這對電池廠來說壓力也不大。但是目前還有一種電動摩托車,采用踏闆摩托車外形,時速甚至可以超過60km/h,這種車對電池的要求一下提高到2C-3C,所以如果你是自己組裝這種高性能電動車,選購電池時要計算好。
廠商配的電池往往不用操心,自己配的電池一般有3種類型:磷酸鐵锂電池,三元锂電池,動力三元電池。他們最高的放電倍率分别是:1.5C,2C,3C。你也可以通過增大電池組的容量來提升1C放電對應的電流。
二、充放電循環次數
磷酸鐵锂電池壽命約2000次,三元锂電池約800次,動力三元锂電約800次。但是由于電動自行車中往往不是單體電池,木桶效應導緻成組後第一次出現容量上的故障,時間上會提前,大約是單體壽命周期的1/4到1/2。
當然,這也和使用習慣相關。剛剛說過的一切規律在這裡都适用,因為我們這裡涉及到另一種正極材料:磷酸鐵锂了,所以要單說一下。
上圖為改裝電摩中使用的磷酸鐵锂電池組
磷酸鐵锂的能量密度比三元锂電低40%,同樣能量的電池磷酸鐵锂體積大,分量沉,優勢在于循環次數多,好保養。比如還是剛剛所說的條件,三元锂電滿電存放3個月,電池容量衰減到初始的80%,但磷酸鐵锂面對這樣嚴酷的存放條件還可以保持90%,雖然也損失了,但遠沒有三元锂電那麼嚴重。
這個原因和磷酸鐵锂絕大部分能量(85%以上)都集中在3.2V電壓上有關,雖然這種電池充電的截止電壓有3.6V,但從3.6V到3.2V的區間内存儲能量還不到總能量的1%,即便充滿後,放置幾分鐘電壓也會回落到3.2V。所以磷酸鐵锂自動維持低的電壓應力。不容易形成鈍化膜。
三、電池内阻
選用的動力電芯的内阻比普通電芯會小,這樣意味着電池内部通過電流的所受到阻力越小。
四、電池一緻性
一緻性問題更加重要,目前電動自行車采用的單體電池大緻有2類:
1、小單體電池,也就是18650電池,容量2.2Ah-2.6Ah,每組電池單體數量20個-500個。
2、大單體電池,容量一般為20Ah-40Ah之間,每組電池單體數量15個-30個。
我們以72V40Ah的電池組為例,如果采用小單體電池,就需要20串19并的方式,共380顆18650電池。每20顆首尾相接為一條,19并電池組在任何時候充放電都要求電壓差在0.02V以内,聽上去要求很高,但實際上卻不像想象中的難,因為18650電池的工藝已經非常成熟,同批次電池的一緻性相當的好。
上圖為大單體電池
如果采用20Ah大單體電池,就需要20串2并的方式,共40顆大單體電池,隻要這40顆工作起來同步就沒問題了,總得來說大單體電池成組後在一緻性上出現問題的幾率更小。不利因素也有,如果是磷酸鐵锂的大單體電池,一緻性會比三元锂電差很多,所以電池組都需要再添加一個自動均衡的電路,在每次充電的末尾判斷哪一顆電池需要單獨多充一會兒電,來解決磷酸鐵锂一緻性不佳的弱點。
一緻性問題在這裡已經上升到很重要的地位,使用一緻性不好的電池進行組裝,必然影響電池組的使用壽命。
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