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您想知道的有关电动汽车电池的所有信息

   日期:2019-11-30     浏览:0    
核心提示:您想知道的有关电动汽车电池的所有信息
 

您想知道的有关电动汽车电池的所有信息

电动汽车的速度,里程,扭矩与一切这些需要参数纯粹取决于电念头与汽车中使用的电池组的规格。尽管使用大功率的电念头没甚么大不了的,然而标题在于设计一种电池组,它可以为电动机长期提供丰裕的电流而不会飞扬其使用寿命。为了应答电压和电流需求,电动汽车出产商必须将数百个(如果不是数千个)电池组合在一起,以组成用于一辆汽车的电池组。为了给出一个想法,特斯拉模型S具有约7,104个电池,日产叶子具有约600个电池。如斯大的数量以及锂电池的不顽固个性使得很难为电动汽车设计电池组。在本文中,让我们讨论若何为电动汽车设计电动汽车电池组以及与电池相关的紧要参数,必须加以属意。

电动汽车电池组内有什么?

如果您曾经浏览了《电动汽车简介》一文,那么您而今理应曾经回覆了这个问题。关于熟行,让我疾速回首回头回忆一下。下图显露了日产聆风电池组从其电池组扯破到电池水平。

由于一些显着的启事,古代电动汽车使用锂电池为汽车提供动力,我们将在本文后面讨论。然则,这些锂电池每节电池仅具有约3.7V的电压,而一辆EV汽车则需要接近300V的电压为了获得如此高的电压与Ah分外值,锂电池将勾串与并联组合在一起以形成模块,这些模块以及一些爱惜电路(BMS)与冷却琐屑被布置在一个机器外壳中,该外壳被统喻为电池组,如上所示。

 

电池种类

尽管大多数汽车都使用锂电池,但我们不光限于此。有许多类型的电池化学物资可用。电池约略可分为三品种型。

一次电池:这些是不可充电的电池。也就是说,它可以将化学能转化为电能,反之亦然。比喻用于玩具与遥控器的碱性电池(AA,AAA)。

二次电池:这些是咱们对电动汽车感兴趣的电池。它可以将化学能转化为电能以为电动汽车供电,也可以在充电进程中再次将电能转化为化学能。这些电池通经常使用于挪动手机,电动汽车与大多数其它便携式电子产品中。

备用电池:这些是不凡类型的电池,用于尤其奇异的使用中。望文生义,电池在其整个使用寿掷中都处于备用状态(备用),因此自放电率很是低。例如救生背心电池。

 

电池的基本化学

如前所述,有许多一致的化学精力可用于电池。每种化学都有其利益和瑕疵。可是,不管化学类型如何,一切电池的一路的地方都很少,让咱们在不深化理解化学的情况下对其发展了钻研。 

电池中有三个首要层,离别是阴极,阳极和隔阂阴极是电池的正极层,阳极是电池的负极层。当负载联接到电池端子时,电流(电子)从阳极流向阴极。类似地,当充电器连贯到电池端子时,电子流反向,即从阴极到阳极,如上图所示。

 

为了使任何电池畸形任务,应产生称为腐蚀还原反馈的化学反应有时也喻为腐蚀还原反应。该反应颠末电解质(隔板)在电池的阳极与阴极之间发生。电池的阳极侧将愿意获得电子,是以将发生发火氧化反响,而电池的阴极侧将愿意使电子失去空间,是以将产生还原反响。由于这类反应,离子经由隔板从阴极转移到电池的阳极侧。后果,将有更多的离子累积在阳极中。为了中与该阳极,必须将电子从其侧面推到阴极。

 

但是连络器仅允许离子流过,并阻止任何电子从阳极移动到阴极。因而,电池通报电子的仅有门径是通过其外部端子,这便是为甚么当咱们将负载毗连到电池的端子时,就会有电流(电子)经由它运动。

 

锂电池化学根柢

由于我们将讨论锂电池,因为锂电池是EV的首选电池,让咱们进一步计议其化学本质。锂电池又有很多类型,锂镍钴铝(NCA),锂镍锰钴(NMC),锂锰尖晶石(LMO),钛酸锂(LTO),锂铁磷酸盐(LFP)最多寻常的。同样,每种化学都有其自身的特征,这些特色在波士顿征询公司的图片下面清楚地发展了注明

其中,锂镍钴铝由于本钱低而被最遍及地使用咱们将在本文前面具体先容这些参数。然而您在这里可以当心到的一件事是悉数电池中都具有锂。这首要是由于锂的电子构型。中性的锂金属原子如下所示。

它的原子序数为3,意味着三个电子将萦绕其核酸酶,而最外层的壳只有一个价电子。在反响进程中,该价电子被拔出,从而取得一个电子和一个锂离子,两个电子构成一个锂离子。如前所述,在腐蚀还原反应进程中,电子将作为电流流过电池的外部端子,而锂离子将流经电解质(隔板)。

 

电动汽车电池的根基

此刻咱们知道了电池的任务原理以及若何在电动汽车中使用它,可是从这里匹面,我们需要熟习设计电池组时常用的一些基本术语。让我们讨论一下……

电压额定值:可以在电池上标识表记标帜的两个非往往见的额外值是其电压分外值与Ah额定值。铅酸电池一样平常为12V,锂电池为3.7V。这称为电池标称电压这其实不料味着电池将不绝在其端子之间供给3.7V的电压。电压值将根据电池容量而更改。咱们稍后将讨论更多。

Ah额外值或mAh特别值:在电压额定值旁边的另一个常见参数是Ah分外值。术语“ Ah”代表安培小时。某些人使用的毫安时不过是毫安小时,即1Ah = 1000mAh。电池的Ah额定值通知我们无关电池的容量

例如,一块2Ah的电池可以供给2A的电流一小时,而对立块电池可以供给1A的电流2小时,如果我们从中取出4A,则电池只能使用30分钟。

运转光阴= Ah分外值/目前分外值

 

上面的公式并非在一切情况下都实用,可是理应可以让您大致体会电池可继续使用多暂时。您不克不及奢望从2Ah电池中汲取30A的电流,并指望持续3.6分钟。您可以汲取最大电流的限定,而且过程中还会有一些损耗,这些损耗总是会减少运转年华。同样,不有电动汽车会淹灭恒定电流,是以,必然使用此电池的电动汽车将运转多短暂并非易事。

 

“我甚么时分应该中断使用电池?”

截至电压:遏制电压是电池的最低电压,低于该最低电压不得使用。好比,关于3.7V的锂电池,其遏制电压约为3.0V。这象征着在职何情况下,当电压低于3.0V时,都不应将此电池毗邻到负载。电池的截至电压值可在其数据表中找到。

如果电池在此遏制电压以下放电,则喻为过放电。这将败不佳电池,影响其容量和寿命。电池太过放电会搅扰电池的化学反应,大要导致电池冒烟或冒烟。

 

“我理应什么时候给电池充电?”

最高 充电电压:截止电压是电池的最小电压,最大值 充电电压是电池可以达到的最大电压。当咱们给电池充电时,其电压会增进,该当停止充电的电压值喻为最大值。关于标称电压为3.7V的锂电池,充电电压最大为4.2V。该值也能够在数据表中找到。 

如果电池的充电量跨越最大充电电压,则称为过充电。太甚充电还会永久松懈电池,还大要导致火灾。

 

开路电压(OCV):开路电压是在空载前提下电池正负极中间测得的电压值对于健康的电池,锂电池的OCV应始终在3.0V至4.2V之间。截止电压与最大 在开路条件下丈量放电电压。

端子电压:端子电压是在负载条件下电池两头测得的电压值OCV和端子电压的值将不至关,因为当毗连负载并从电池中吸取电流时,其电压会按照罗致的电流量而低沉。

 

“我可以从电池中获得几许电流?”

C级:这是电池的另一个需要等级。该特别值与电池的Ah特别值严实关系。电池的C级额外值有助于咱们领略电池可吸引的最大电流是几许。比方,假设电池在8C下为2Ah。而后,这意味着至多可以从电池中提取(8 * 2)16A,何况该电池可持续使用7.5分钟。我们此前对此发展了共计。在较低的C格外值下,电池将到达最大功用。电池尺寸很小但电流损耗很高(譬如无人机)的使用需要高C级电池。

C速率=电流/ Ah额外值

 

内部电阻:每个组件都有本人的电阻,电容以电容电抗的名义具备,电感器以电感电抗的名义具备。同样,电池外部的阳极其子与阴极其子之间也有一些电阻。该电阻称为内部电阻,无意也喻为内部阻抗。

像全部电阻一样,这些电阻也会经过散热而造成损耗,于是对付志向的体系,内部电阻应为零。理论上,弗成能设计出具有零IR(内阻)的电池,是以应将其制作得尽梗概低。IR的值不是静止的参数,它会按照电池的容量与寿命而变卦。

 

比能量:比能量可以认为是每单位风致(重量)可获得的能量在电动汽车中,电池的分量是一个需要成份,因为车辆必须随身携带电池。是以电池的重量应尽兴许轻。电池的比能量陈述我们每单位品质的电池可以供应几何功率(电压*电流),于是电池的比能量应尽可能高。与铅酸相比,锂电池具有很高的比能量。  比功率也沟通,但也要思量年华。它机密我们从电池获得能量的速度。

 

能量密度:能量密度与比功率有点相干。尽管比能量保密我们每单位品质的电池可以获取多少能量,可是能量密度机密我们每单元体积的电池可以获取几多能量因为我们正在思量电池的体积,所以这使咱们对电池的尺寸有了一个熟习。高能量密度的电池可以使用小型封装(如无人机上使用的锂聚合物电池)供给高功率。功率密度也相同,但还要思索时间。它讲述我们从电池获得能量的速度。

 

能源瓦特小时(kWh):电动汽车的电池组的分外功率为kWh(千瓦时)。这给出了电动汽车将行驶多速决的静态。它与Ah格外值相似,但在此我们将电压和电流都思忖在内。比喻,特斯拉具有60-100 kWh的电池,这意味着它可以供应3小时的60W功率。

自放电率:纵然处于理想形态,电​​池也会散失一有部分容量。由于其化学素质,这是无奈防止的,然而可以将其最小化。纵然未连贯到负载,电池失去电荷的速率也喻为自放电。

咱们大要依旧遗漏了许多小术语,但这总结了使用电池时您理应晓得的几近全数需要术语。

 

电池治理零碎(BMS)

而今是进入必要话题的时辰了,咱们在上一篇文章中进行了简明讨论电池妄想零碎或BMS被以为是电池组的大脑。它是一种与算法结合的电路,可监控电池组中电池的电压,电流与温度,并确保电池组中单个电池的性能和安然性。它还卖力电池的失调充电,SOC与SOH测量以及许多别的紧要功能。让咱们看看他们在干甚么。

 

“若何找到电池中剩余的电量?”

充电状态(SOC)

充电状态或SOC是电池中最必要的参数之一。正如咱们之前所看到的,电池的Ah值不克不及用来肯定电池中现实残存的电量。只需共计出此SOC,我们才智申报用户电池中还剩下几许电荷。SOC机密我们电池中还剩下几多电量假想一下,如果没有有关电池电量百分比的消息,电话将有多难。

测量电池的容量并不像丈量其端子上的电压那样容易,因为很多人认为有许多成份会影响电池的容量,席卷充电周期,温度,放电率等。可以经过量种门径做起来,经常使用的一种是哥伦布计数法。我们将在另外一篇文章中讨论若何完成此操作。

SOC =总充电输入/最大容量

 

放电深度(DOD)

放电(DOD)的深度是SOC的相反。SOC讲述我们残剩若干百分比的电荷,而DOD秘密我们电池中破钞了若干百分比的电荷

 

安康状况(SOH)

电池的容量会跟着老化而高涨;这将削减电动汽车可覆盖的范畴。只需跟踪老化情况,我们才力知道什么时刻更换电池。EV的老化速度还取决于电池任务的C速率,充电周期等的工作温度。康健形状经过思索电池的老化因子来掂量电池的健康水平老化光阴越长,电池的安康状况越差。

 

电池平衡

电池失调是BMS的另一项需要任务,由于咱们晓得多个电池将勾串或并联组合以构成电池组。所有电池的电池电压应不绝相当,譬喻,在四个勾通的18650电池组中,一切电池上的电压应相通,不然电压较低的电池将过放电,电压较高的电池将为付费过高。为了防止此BMS执行喻为“电池平衡”的操作,它会检测电压较高的电池并将其放电,直到电位与其相邻电池结婚为止。

 

电池平安

除此之外,BMS还确保电池的情况与电气关爱。它监视电池的温度并控制BMS中具备的冷却琐屑。Tesla Model S的电池组内部具有液体冷却琐细(乙二醇),该液体冷却体系由BMS控制。冷却剂不仅可以冷却电池,而且还可以在冬季将其加热到标称温度。

 

到此为止,咱们已经到了本文的结尾,但对付EV电池可以学到的东西,我们绝对没有完毕。因而,如果您想成为专家,那末这里便是您入门的处所。还有很多器械要深造,好比电池建模,BMS设计,电池测试和谈等,但让咱们在别的文章中发展简介。我置信这些消息是有效的,而且引发了您的兴味,以进一步熟悉EV电池及其工作原理。在驳斥一部分中让我晓得您的设法,在另一篇无关电动汽车的诙谐文章中咱们晤面。 

 
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