量能科技EPT BATTERY电池基本知识培训教材一.docx

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量能科技EPTBATTERY电池基本知识培训教材一

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深圳市量能科技有限公司

电池基本知识培训教材一

电池基本知识

（一）一、电池原理1、什么是电池？

电池即一种化学电源，一种直接把化学能转变成电能的装置。

它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。

2、电池的分类A．按工作性质分类：

（1）原电池：

又称一次电池，指电池放电后不能再次充电而继续使用的电池。

如果原电池中电解质不流动，则称为干电池。

  如：

锌-锰干电池、锌-汞电池、 锂电池。

（2）蓄电池：

又称二次电池，指电池放电后可再次充电而继续使用的电池。

   如：

铅酸电池、镉-镍电池、氢-镍电池、锂离子电池（3）贮备电池：

又称“激活电池”，此类电池在不工作时处于惰性状态，能长期贮存，当需要工作时，经过激活使之进入放电状态的电池。

（使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。

如：

镁-银电池     铅-高氯酸电池（4）燃料电池：

该类电池又称“连续电池”，即将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。

   如：

氢-氧燃料电池；       肼-空气燃料电池

B．按电解质性质分类：

 按电解质性质可分为酸性电池（铅酸电池）、碱性电池（氢镍电池）、中性电池、有机电解质电池（锂离子电池，如Li-MnO2）、非水无机电解质电池（Li-SOCL2锂-亚硫酰氯）和固体电解质电池。

C．按活性物质的保存方式分类：

 按活性物质的保存方式可以分为：

活性物质保存在电极上面，其中有一次电池和二次电池两种；活性物质保存在电池之外，使用时通入电极，这类有非再生型燃料电池和再生型电池。

此外也有人根据电池的特性把电池分成高容量电池、密封电池、免维护电池、防爆电池等。

3、一次电池与二次电池的有哪些异同点？

一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻（0.2-0.5Ω）远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电远小于二次电池。

4\镍镉电池的电化学原理是什么？

镍镉电池采用Ni（OH）2作为正极，CdO作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液。

  镍镉电池充电时，正极发生如下反应Ni（OH）2–e+OH-→NiOOH+H2O负极发生的反应：

Cd（OH）2+2e→Cd+2OH-总反应为：

2Ni（OH）2+Cd（OH）2→2NiOOH+Cd+2H2O放电时，反应逆向进行NiOOH+H2O+e→Ni（OH）2+OH-Cd+2OH-+2e→Cd（OH）2充电时，随着NiOOH浓度的增大，Ni（OH）2浓度的减小，正极的电势逐渐上升，而随着Cd的增多，Cd（OH）2的减小，负极的电势逐渐降低，当电池充满电时，正极、负极电位均达到一个平衡值，二者电势之差即为电池之充电电压。

5、镍氢电池的电化学原理是什么？

镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，镍氢电池充电时，正极发生反应如下：

Ni（OH）2–e+OH-→NiOOH+H2O负极反应：

MHn+ne→M+n/2H2放电时，正极：

NiOOH+H2O+e→Ni（OH）2+OH-负极：

M+n/2H2→MHn+ne  6、电池的主要结构组成是什么？

电池的主要组成部分为：

正极片、负极片、隔膜纸、盖帽、外壳、绝缘层。

二、 常用术语1、标称容量（又称额定容量）在一定放电条件下，规定电池应该给出的最低限度的电量。

IEC标准规定：

镍镉和镍氢电池在20±5℃环境下，以0.1C充电16小时后，以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C5表示；而对于锂离子电池，则规定在常温，恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下，充电3h，再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电量为其额定容量。

电池容量C=It，单位有Ah，mAh（1Ah=1000mAh）。

2、放电电池向外电路输送电流的过程3、放电率指放电时的速率。

最常用倍率（若干C）表示，其数值上等于额定容量的倍数。

 如：

容量C=600mAh电池，用0.2C放电，则放电电流为I=0.2*600=120mA。

 我们通常所说的0.2C、1C容量，就是在放电率为0.2C、1C条件下，放出的容量。

4、开路电压外电路断开时，电池两个极端间的电位差。

5、负荷电压电池输入电流时，电池两个极端间的电位差。

6、标称电压（又称额定电压）电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压，二次镍镉镍氢电池标称电压为1.2V；二次锂电池标称电压为3.6V。

7、终止电压电池放电试验中，规定结束放电的负荷电压。

一般放电截止电压：

0.2C放至1.0V，1C放至1.0V。

8、中点电压指放到50%容量时，电池的电压。

主要用来衡量大电流放电系列电池的高倍率放电能力，是电池的一个重要指标。

9、电池的功率输出指在单位时间里输出能量数的能力，它是根据放电电流I和放电电压来计算的P=U*I，单位为瓦特

10、贮存寿命电池在规定条件下的贮存期限，贮存结束时，电池仍能保持规定的性能。

11、循环寿命蓄电池在失效前所能达到的充放电循环次数12、内阻电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。

13、自放电电池在荷电或贮存状态下，由于各种原因而引起的容量损失的现象。

14、记忆效应电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的电性能。

不能全部放出额定容量，只能达到常用的放电深度。

譬如：

一只额定容量为100%的电池，在使用时，如果在尚未用完电量后就充电，长期下去，电池就“记住了”这个“刻度”，以后再充电时，充到这个“刻度”就再也不容易充进去了。

三、IEC61951-2标准（单只圆柱型镍氢电池）表一：

IEC寿命测试方法       试验前，电池需0.2C放电至1.0V，环境温度：

20±5℃循环次数  充电  充电态搁置  放电12-484950  0.1C充16hrs0.25C充3hrs10min0.25C充3hrs10min0.1C充16hrs  无无无1-4hrs  0.25C放电2hrs20minb0.25C放电2hrs20minb0.25C放电至1.0V0.2C放电至1.0Vaa.电池在完成50次循环后，允许开路搁置足够的时间，以便正好隔两周开始第51个循环。

在第100、150、200、250、300、350、400次和第450次时可采用同样的方法。

b.如果放电电压低于1.0V，则放电可以停止。

重复1-50次循环，直至出现任一个第50次循环的放电时间少于3hrs为止，这时按照第50次循环的规定再进行一次循环。

  当两个这样的连续循环的持续放电时间均少于3hrs时，寿命试验终止。

试验结束时，循环次数应不少于500次。

电池基本知识

（二）一、电池常见的充电方式1.     恒流充电：

整个充电过程个中充电电流为一定值，属镍镉和镍氢电池的常用充电方式；2.     恒压充电：

充电过程中充电电源两端保持一恒定值，电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小，铅酸电池常用此充电方式；（有时镍镉/镍氢电池也用此方法进行充电，此时需特别注意恒压源与电路中电阻值R的选择，可以粗略计算此时电路中电流I=（U-U电池）/R，此时恒压源的电压值固定后，R值越高，电路中电流越小，越接近恒流，对电池保护越好；相反，R值越低，电路中电池越大，对电池保护越差）3、恒流恒压充电：

电池首先以恒流充电CC，当电池电压升高至一定值时，电压保持不变CV，电路中电流降至很小，最终趋于0。

锂离子电池用此充电方式。

二、电池的标准充电IEC国际标准规定的镍镉和镍氢电池的标准充放电为：

首先将电池以0.2C放电至1.0V/支，然后以0.1C充电16小时，搁置1小时后，以0.2C放至1.0V/支，即为对电池标准充放电。

镍氢/镍镉电池厂家最力于推荐的充电方式。

此充电方法可以不用设置充电截止条件，对电池也无太大影响，优点是：

充电电路简单，缺点是：

充电时间长。

三、快速充电、急速充电及其对电池性能影响一般镍氢电池行业将0.2C/0.3C充电，称为快速充电；将0.5C—1.5C充电，称为急速充电；此充电方法必须设置合适的充电截止条件，否则，易形成过充。

因充电电流较大，过充后，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。

同时，其电性能也会显著降低。

其优点是：

充电时间短。

四、脉冲充电及对其电池性能影响从电化学角度讲，脉冲充电对电池充电最好。

因为镍镉/镍氢电池在常规充电时容易极化，常规恒压或恒流充电均会使电解液持续产生氢氧气体，其氧气在内部高压作用下，渗透至负极，使活性物质氧化，造成极板有效容量下降。

脉冲充电一般采用充与放的方法，如充5秒钟，就放1秒钟。

这样充电过程产生的氧气在放电脉冲下将大部分被还原成电解液。

不仅限制了内部电解液的气化量，而且对那些已经严重极化的旧电池，在使用本充电方法充放电5-10次后，会逐渐恢复或接近原有容量.

五、涓流充电涓流充电一般用于后备电源，使用1/20—1/30C持续充电。

此充电方法对电池性能无影响。

六、充电效率指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值，它可按照以下公式计算：

充电效率=（放电电流*放电至截止电压的时间/充电电流*充电时间）*100%输入的能量部分用来将活性物质转换为充电态，部分消耗在副反应上来产生氧气，充电效率受到充电速率和环境温度的影响，充电时充电电流必须在一定范围内，电流太小或太大充电效率都很低，由于电池还存在自放电，致使电池无法充满电。

七、充电的控制方法为了防止电池过充，需要对充电终点进行控制，当电池充满时，会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。

一般有以下六种方法来防止电池被过充：

1.峰值电压控制：

通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点。

镍氢电池厂家均不推荐此种充 电控制方法，因为镍氢电池充电电压受温度影响太大，温度越高，充电电压越低。

此种控制方法易导致电池充不饱或充电无法截止过充。

若用，建议：

①充电电流≤0.3C（不得超过0.5C）；②加时间继时器（充入120%容量的时间）

2.dT/dt控制：

通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点；此方法判断最准确。

 dT/dt≤1℃/min，一般在0.3-0.5℃/min3.maxT控制：

电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大；maxT≤45℃，此种方法不单独使用。

4.-ΔV控制：

当电池充满电达到一峰值电压后，电压会下降一定的值。

 一般-ΔV设置10mV以下，2-5mV较合适

5.计时控制：

通过设置一定的充电时间来控制充电终点，一般设定要充进120-130%标称容量所需的时间来控制，充电电流越小，充入电量要适当增加。

一般常用的充电时间为：

0.1C*16hrs、0.2C*7hrs、0.3C*4.5hrs、0.5C*144min、1C*75min

6.0  ΔV控制：

此控制方法一般在电池性能不好时用，即电池无电压下降时用，这样对电池保护好，但可能充电不足。

为了弥补此缺点，可用小电流0.05C-0.1C补充电。