动力电池基础知识普及

锂电池基础的方方面面介绍

目录

1. 锂电池的构成

2. 锂电池的优缺点

3. 锂电池的分类

4. 常用术语解释

5. 锂电池命名规则

6. 锂电池工艺

7. 锂电池成组和串并联

8. 各种动力电池对比

9. 锂电池模型

10. 锂电池电气特性与关键参数

11. 锂电池保护和管理系统

12. 锂电池应用领域

13. 锂电池相关标准

（一）锂电池的构成

锂电池主要由两大块构成，电芯和保护板PCM（动力电池一般称为电池管理系统BMS），电芯相当于锂电池的心脏，管理系统相当于锂电池的大脑。

电芯主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成，而保护板主要由保护芯片（或管理芯片）、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。

锂电池的产业链结构如下图：

电芯的构成如下面两图所示:

锂电池的PACK的构成如下图所示:

●（二）锂电池优缺点

锂电池的优点很多，电压平台高，能量密度大（重量轻、体积小），使用寿命长，环保。锂电池的缺点就是，价格相对高，温度范围相对窄，有一定的安全隐患（需加保护系统）。

●（三）锂电池分类

锂电池可以分成两个大类：一次性不可充电电池和二次充电电池（又称为蓄电池）。

不可充电电池如锂二氧化锰电池、锂-亚硫酰胺电池。

二次充电电池又可以分为下面根据不同的情况分类。

1．按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如电动工具的18650）；2．按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；

3．按正极材料分：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）；

4．按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）；

5．按用途分：普通电池和动力电池。

6．按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。

（四）常用术语解释

1. 容量(Capacity)

指一定的放电条件下可以从电池锂获得的电量。

我们在高中学物理是知道，电量的公式为Q=I*t，单位为库伦，电池的容量单位规定为Ah （安时）或mAh（毫安时）。意思是1AH的电池在充满电的情况下用1A的电流放电可以放1个小时。

以前的NOKIA的老手机的电池（像BL-5C）一般是500mAh，现在的智能手机电池800~1900mAh，电动自行车一般都是10~20Ah，电动汽车一般都是20~200Ah等。

2. 充放电倍率（Charge-Rate/Discharge-Rate）

表示以多大的电流充电、放电，一般以电池的标称容量的倍数为计算，一般称为几C。

像容量1500mAh的电池，规定1C=1500mAh，如果以2C放电也就是以3000mA的电流放电，0.1C充放电就是以150mA的电流充放电。

3. 电压（OCV: Open Circuit V oltage）

电池的电压一般指锂电池的标称电压（也叫额定电压）。普通锂电池的标称电压一般为3.7V，我们也称其电压平台为3.7V。我们说的电压一般指的是电池的开路电压。

当电池20~80%的容量时，电压集中在3.7V左右（3.6~3.9V左右），容量太高或太低，电压变化较大。

4. 能量（Energy）/功率（Power）

电池以一定的标准放电，电池所能放出的能量（E），单位为Wh（瓦时）或KWh（千瓦时），另外1KWh=1度电。

物理书上有基本概念，E=U*I*t，也等于电池电压乘以电池的容量。

而功率的公式为，P=U*I=E/t，表示单位时间能够释放的能量。单位为W（瓦）或KW（千瓦）。

像容量为1500mAh的电池，标称的电压一般为3.7V，故对应的能量为5.55Wh。

5. 内阻（Resistance）

由于充放电时不能等效为一个理想的电源，有一定的内阻。内阻是要消耗能量的，当然内阻越小越好。

电池内阻单位用毫欧（mΩ）。

一般电池的内阻由欧姆内阻和极化内阻组成，内阻的大小受电池的材料、制造工艺，还有电池的结构的影响。

6. 循环寿命（Cycle Life）

电池充电和放电一次就称为一个循环，循环使用寿命是衡量电池寿命性能的一个重要指标。IEC标准规定手机锂电池，0.2C放电至3.0V，1C充电至4.2 V，反复循环 500次后电池容量应保持为初始容量的60%以上。也就是说锂电池的循环寿命为500次。

国标规定，循环寿命300次后，容量应保持初始容量的70%。电池容量低于初始容量的60%一般要考虑报废处理了。

7. 放电深度（DOD: Depth of Discharger）

定义为电池放出的容量占额定容量的百分比。

锂电池一般放电深度越深，电池寿命越短。

8. 终止电压（Cut-Off V oltage）

终止电压分为充电终止电压和放电终止电压，也就是说电池不能继续充电或放电的电压，在终止电压下再继续充电或放电对电池的寿命影响很大。

锂电池的充电终止电压一般为4.2V，放电终止电压为3.0V。

锂电池超过终止电压的深充或深放是严格禁止的。

9. 自放电率（Self-Discharge）

指电池在存放期间容量的下降率，用单位时间内容量下降的百分比表示。

一般的锂电池的自放电率为2%~9% /月。

10. SOC(State of Charge)

指电池的剩余电量与可以放出总电量的百分比，0~100%。反映电池剩余电量情况。

（五）电池命名规则

不同的厂家有不同的命名规则，但通用电池大家都遵循统一的标准，根据电池的名称可以知道电池的尺寸等。

IEC61960规定，圆柱形和方形电池的规则如下：

1. 圆柱形电池，3个字母后跟5个数字，3个字母，第一个字母表示负极材料，I表示有内置的锂离子，L表示锂金属或锂合金电极。第二个字母表示正极材料，C表示钴，N表示镍，M表示锰，V表示钒。第三个字母为为R 表示圆柱形。5个数字，前2个数字表示直径，后3个数字表示高度，单位都为mm。

2. 方形电池，3个字母后更6个数字，3个字母，前两个字母的意义和圆柱形一样，后一个字母为P表示为方形。

6个数字，前2个数字表示厚度，中间2个表示宽度，后面2个表示高度（长度），单位也为mm。

如：ICR 18650就是直径为18mm，高度为65mm的通用的18650圆柱形电池；

ICP 053353就是厚度为5mm，宽度为33mm，高度（长度）为53mm的方形电池。