通常情况下,电池满状态用SOC=100%来表示,电池完全放电状态用SOC=0%来表示。SOC是不能从电池本身得到的,而需要通过测量电池的一些参数来获取,例如:电流、电压、内阻以及老化程度等。
1.3 电动汽车动力电池SOC国内外研究现状
1.4 论文的研究内容
本文的研究对象是磷酸铁锂离子电池。本文深入研究了磷酸铁锂电池的工作特性,从最基本的单体电池工作原理和实际结构入手,深化对电池工作状态的理解;然后研究磷酸铁锂电池的充放电特性;结合参考文献及相关书籍提出合理可行的电池剩余电量估计算法。本文对新的方法进行了matlab仿真,为进一步的研究提供了参考。
2 锂离子电池的性能分析
2.1锂离子电池简介
为了防止大家产生概念上的混淆,下面对其作出相关解释:
(1)锂电池:负极材料为金属锂的电池;
(2)锂离子聚合物电池:以锂离子聚合物来代替有机溶剂的电池;
(3)锂离子电池:依靠锂离子在电池里的转移来进行工作的电池。
2.2锂离子电池的优缺点
锂离子电池是一种可充电电池,广泛用于手机、电脑以及电动汽车等[7]。下面对锂离子电池的优缺点做出介绍。
锂离子电池的优点:
(1)锂离子电池的能量密度大,以所占空间计算,大概可达到1~2kJ/cm³。以质量计算,大概可以达到540~720KJ/kg;
(2)开路电压大约是3~4V;
(3)锂离子电池的输出功率大,一般可以达到450~1650W/kg:
(4)锂离子电池的自放电速率较慢;
(5)锂离子电池的充放电速率较高;
(6)锂离子电池可以随时进行充放电,即使电池容量没有全部释放。锂离子电池的无记忆效应大大方便了人们的使用;
(7)锂离子电池工作温度范围较大,可以在-20℃~-60℃之间正常工作[8。]
锂离子电池的缺点:
使用时间长了之后,锂离子电池的内阻会越来越大,锂离子的容量会减小,出现电池老化现象。锂离子电池的老化速度与电池的工作温度有关,具体表示如下:
表2-1 温度与容量衰减的关系
温度
存储温度
充电电量 40%~60% 100%
0℃ 2%/年 6%/年
25℃ 4%/年 20%/年
40℃ 15%/年 35%/年
60℃ 25%/年 80%/年
锂离子电池在过充电时,部分锂离子会永久嵌入晶格,无法释放,电池的使用寿命会缩短。因此,锂离子电池的耐充性能较低:
锂离子电池在过放时,部分锂离子脱离晶格,使得晶格坍塌,电池使用时间缩短。因此,锂离子电池的耐放电性能差[9]。
锂离子电池在错误使用时可能发生安全事故。因此,在设计过程中,必须考虑到锂离子电池的安全保障问题。
2.3 锂离子电池的性能参数
2.3.1 电池容量
电池的容量定义为:在给出的放电倍率下,电池可以释放出的电量,单位一般是安时(Ah)或毫安时(mAh)。而容量的概念又细分为理论容量、额定容量、实际容量三个方面。
理论容量是根据电池内所包含的发生电化学反应的活性物质的质量,按照法拉第电解定律算得的电池可释放的最高电量的理论值。从理想情况来看,1g电化学反应物可以释放出1法拉第电量,即96500C或26.8Ah。
额定容量指当电池为充满电的状态,在标准使用环境下以规定的放电倍率(通常按照电池设计的应用场合而定)进行放电,电池所能释放电量的最小值。一般来说,额定容量会标识在包装上。
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